Top Banner
2011 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age i
136

Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

Jan 27, 2017

Download

Documents

Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

 

Page 2: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

ii 

 

ADDIS ABABA UNIVERSITY 

SCHOOL OF GRADUATE STUDIES 

DEPARTMENT OF EARTH SCIENCES 

 

ASSESMENT ON THE HYDRAULIC PROPERTIES OF THE ETHIOPIAN QUATERNARY PLATEAU 

BASALT FORMATIONS 

By: Dessalegn Olkeba Furi 

Approved by Board of Examiners:  

Tigistu Haile (PhD)                                        _____________________ 

          (Chairman) 

Seifu Kebede (PhD)                                      ______________________ 

           (Advisor) 

Tenalem Ayenew (Professor)           ______________________                                   

Gezahegn Yirgu (Professor)                        ______________________ 

      (Examiners) 

 

Page 3: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

iii 

 

Dedication 

This work is dedicated to my Wife Beshatu F. and My younger brother Dumessa O., Lecturer 

at Wollega University, for their great contribution in financing me during my study.  

Page 4: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

iv 

 

Acknowledgment 

Before everybody else, I praise God for each and every move I made. Everything has been succeeded with the help of him. 

Next, more than of all, I would like to express my deep whole‐hearted gratitude and indebtedness to my advisor, Dr. Seifu Kebede, whose kind guidance and constant encouragement had helped me to successfully  carry  out my work.  Really  he  deserves my  admiration  for  he  has  given me  his  self‐esteemed, constructive and consistent follow ups during my thesis work.  

It is absolutely correct to thank my parents whose prayers and thoughts have been always with me. My Special thanks goes to my brother Mr. Dumessa Olkeba, Lecturer at Wollega University, and my wife Beshatu Fikadu for their  excellent assistance and encouragement throughout my study period supporting me in all aspects when I was decided to study without sponsorship initiating me that I can succeed  it and I have done  it with the help of them. I highly value their support and advice where I should to stay and how I should lead my future. 

 I would  like  to  thank Prof. Tenalem Ayenew  for he had  taught me many of  the aspects  in Hydro‐geology  including pumping test, which was highly useful for my research accomplishment.  I would like also to extend my appreciation to all my lecturers for giving me all the basics of science.     I am also gratifying to Mr. Dereje Yeshaneh and Mr. Mola Mitiku, for sharing me their experience and important data available in their hand and at the ARWMEB without any hesitation and preconditions. I am also thankful to the Amhara Water Works construction Enterprise, Amhara Region Water, Mine and Energy Bureau, Oromia Water, Mine and energy Bureau, Horo Guduru Wollega and East Showa Zones Water, Mine and Energy Offices  from where  I  received  all kinds of necessary data  support during my filed work.  

There are no words to express my feelings that I have for those people from all walks of life who had helped me in my times of difficulty during the study period and thesis work. I hope a time will come and a place will be found to write boldly and speak loudly about all the things that you have done for me. Only few among many of you are:‐Fenta File and his wife Hundatu Asefa, Buze F., Temesgen Furi, Tesfaye K., Dereje M., H/Gu/Wollega Zone Water, Mine and Energy Office staff members, and others. 

 

 

 

Page 5: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

 

Acronyms 

ARWMEB  Amhara Water, Mineral and Energy Bureau 

OWMEB  Oromia Water, Mineral and Energy Bureau 

WWMEO  West Showa Zone Water, Mineral and Energy Office  

HGWWMEO  Horo Guduru Wollega Zone Water, Mineral and Energy 

office  

AMWWCE  Amhara Water Works Construction Enterprise 

JICA  Japan International Cooperation Agency 

AWWCE  Amhara Water Works Construction Enterprise 

DD(S)  Drawdown 

Fig  Figures 

HDW  Hand dug well 

K  Hydraulic Conductivity 

Km 2  square kilometer 

Km  kilometer 

L/s  liter per second 

M  meter 

m2     square meter 

m3  cubic meter 

MER      Main Ethiopian Rift 

Min  Minute 

Mm  millimeter 

Q  discharge (yield) 

s(m)  drawdown in meter 

Page 6: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

vi 

 

S.W.L  Static Water Level 

Sci      Specific capacity index 

Sc  Specific Capacity 

T  Transmissivity 

t  time 

D  day 

C.R.T  Constant Rate Test  

R.M.T  Recovery Monitoring Test 

S.DD.T  Step Drawdown Test 

BHs  Boreholes 

Page 7: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

vii 

 

Abstract 

 The  Ethiopian  Quaternary  alkaline  Basalts  and  trachytes  (Qb1)  were  erupted  along  preexisting structures on  the northwestern and  southeastern plateaux. Field evidence  suggests a Pleistocene age (Kazmin, 1979, Merla et.al, 1973) and an analogous to this unit is the younger fresh Tepi Basalts produced  by  central  type  eruption  in  southwestern  Ethiopia with  Holocene  age.  This  formation mainly outcrops  in  the Northwestern and Southeastern plateaux of  the country, and  to  the minor extent at the tip of the southeastern parts (Figure 1)  

The analysis of data’s of 24 to 72 hour continuous rate pumping test and a recovery test performed to evaluate  the hydraulic parameters within  the Quaternary Plateau Basalts  in Ethiopia shed some light on Hydrogeological conceptualization of aquifers’ hydraulic parameters  in relation to age and depth  of  the  formation,  groundwater  occurrence  and  flow  controlling  factors,  their  viability  and variations  in  the well  loss and aquifer  loss  coefficient,  transmissivity and  specific  capacity.  It  is an analysis based on a  conventional  constant‐rate and  step drawdown pumping  test  conducted at  a multi‐well facility on the Quaternary basalts.  

The  analyses  show  that,  the Quaternary  Plateau  Basalts  (Qb1)  formations  aquifer  system  can  be categorized  as  consolidated  fractured  confined  aquifer  category with dominantly double porosity fractured  aquifer  system,  leaky or  recharge boundary, barrier boundary    and  single plane  vertical aquifer systems.  It also shows that, Quaternary Plateau Basalts  formation (Qb1) has better aquifer productivity than the other older volcanic formation and yet, the formation shows decrease aquifer productivity with respect to  increased drilled boreholes depth and  increased age of the formation. Besides, boreholes drilled within  the Quaternary Plateau Basalts  formations  shows  that,  the wells have  low well  loss  coefficient  values,  indicating proper well  site  location, proper well design  and construction  factors.  Transmissivity  of  the  Quaternary  Plateau  Basalt  varies  from  0.5655  to 4600m2/day with mean value of 290m2/day which is also decreases as depth and age increases. From the  specific  capacity  index  versus  depth  variation  and  yield  of  the  aquifers  in  this  formation  as compared to the national aquifer productivity, the aquifer productivity of Quaternary Plateau basalt is considered as moderate to high. 

 Generally, the Quaternary Plateau Basalts aquifer productivity is highly controlled by the location and geomorphologic  setup of  the  formation outcrop, nature and degree of weathering, hydrothermal processes and nature, extent,  frequency and orientation of  the associated  structural  features and yet,  weathering,  hydrothermal  processes  and  other  volcanic  activities  tend  to  decrease  aquifer permeability  while,  fracturing,  faulting  tends  to  increase  aquifer  productivity  of  the  Ethiopian quaternary Basalts formations. Key words:  ‐ Quaternary  Plateau  Basalts,  Aquifers,  Aquifer  category,  Pumping  test,  Theoretical relations, Transmissivity, Specific capacity 

Page 8: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

viii 

 

DECLARATION 

I, the undersigned, declare that this thesis  is my original work and has not been presented 

for a degree on any other university. 

All sources of materials used for the thesis have duly acknowledged. 

DESSALEGN OLKEBA FURI 

Signature_________________________ 

Addis Ababa University, August, 2011 

 

Page 9: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

ix 

 

 

TableofContents

Acknowledgment ........................................................................................................................................ iv 

Acronyms ...................................................................................................................................................... v 

Abstract ...................................................................................................................................................... vii 

DECLARATION ........................................................................................................................................... viii 

LIST OF TABLES ......................................................................................................................................... xiii 

LIST OF APPENDIXES .................................................................................................................................. xiii 

LIST OF PLATES ......................................................................................................................................... xiii 

CHAPTER ONE ............................................................................................................................................... 1 

1.  INTRODUCTION .................................................................................................................................... 1 

1.1  Background ..................................................................................................................... 1 

1.2  Statement of the problem .............................................................................................. 5 

1.3  Objectives ........................................................................................................................ 7 

1.3.1  General Objectives ................................................................................................... 7 

1.3.2  Specific objectives ................................................................................................... 7 

1.4  Description of the study area ......................................................................................... 8 

1.4.1  Location and Accessibility of the study area .......................................................... 8 

1.5  Previous Works and Related Literatures ..................................................................... 11 

CHAPTER TWO ............................................................................................................................................ 13 

Page 10: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

2.  METHODOLOGY ................................................................................................................................. 13 

2.1  Pump Test Data Collection ........................................................................................... 13 

2.2  Theoretical Background on pump test data interpretation ....................................... 15 

2.2.1  Time Verses Drawdown Plot ................................................................................. 17 

2.2.2  Single Pumping Well Analysis Method ................................................................. 18 

2.2.3  Analysis of Step Drawdown Test .......................................................................... 24 

2.3  Estimation of Transmissivity from Specific Capacity through Theoretical & Empirical 

Methods ................................................................................................................................... 30 

2.3.1  Analytical Methods ................................................................................................ 30 

2.3.2  Empirical Methods ................................................................................................. 31 

2.4  Relationship of Specific Capacity Verses Aquifer Thickness ....................................... 32 

CHAPTER THREE ........................................................................................................................................ 34 

3.  GEOLOGY AND HYDROGEOLOGY .................................................................................................... 34 

3.1  Regional Geology .......................................................................................................... 34 

3.2  Regional Hydrogeology ................................................................................................ 38 

CHAPTER FOUR .......................................................................................................................................... 43 

4.  RESULTS ............................................................................................................................................ 43 

4.1  Characteristics of the Data ........................................................................................... 43 

4.1.1  Data Type ................................................................................................................ 43 

4.2  Time Verses Drawdown plots ....................................................................................... 44 

4.3  Determination of Transmissivity of the Quaternary Plateau Basalts from Constant & 

Recovery test ........................................................................................................................... 48 

Page 11: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

xi 

 

4.4  Estimation of Transmissivity from Specific Capacity Data .......................................... 53 

4.4.1  Theoretical Development ...................................................................................... 53 

4.5  Specific Capacity Verses Aquifer Thickness ................................................................. 67 

4.6  Well Yield and specific capacity .................................................................................... 68 

CHAPTER FIVE ............................................................................................................................................ 70 

5.  DISCUSSION ...................................................................................................................................... 70 

5.1  Aquifer Characterization ............................................................................................... 70 

5.2  Transmissivity of Plateau Basalts Formation ............................................................... 73 

5.3  Transmissivity Variation within the Quaternary Plateau Basalts Formations ............ 74 

5.4  Spatial Variations in Aquifer Characteristics of the Quaternary Plateau Basalts ...... 77 

5.5  Comparison of Plateau basalts of Quaternary Formations Aquifer Characteristics 

with other Large Volcanic Province Rocks ............................................................................. 79 

5.6  Cost Implication for Groundwater Resource Developments ..................................... 81 

CHAPTER SIX .............................................................................................................................................. 83 

6.  CONCLUSIONS & RECOMMENDATIONS ......................................................................................... 83 

6.1  Conclusions .................................................................................................................... 83 

6.2  Recommendations ........................................................................................................ 84 

REFERENCES .............................................................................................................................................. 86 

APPENDIXES ............................................................................................................................................... 92 

 

 

 

Page 12: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

xii 

 

LIST OF FIGURES  

Figure 1: Location Map of the Study Area ....................................................................................... 9 

Figure 2:  Log‐Log and Semi Log plots of the theoretical time‐drawdown relationships of 

consolidated, fractured aquifers: .................................................................................................. 18 

Figure 3: Graph of Diagnostic type curves for pump test data ..................................................... 21 

Figure 4: Geological Map of Quaternary Plateau Basalts in Northwestern of Ethiopia ............... 36 

Figure 5: Geological Map of Quaternary Plateau Basalts in Northwestern, Central highlands of 

Ethiopia ......................................................................................................................................... 36 

Figure 6: Geological map of Quaternary Plateau Basalts in Southwestern Ethiopia ................... 38 

Figure 7:‐ Graph‐A & B; Double log plot of Time versus drawdown data's of Quaternary Plateau 

Basalts; "A" shows Leaky or Recharge boundary & "B" shows Confined type curves .................. 45 

Figure 8:‐ Graph‐C & D; Double log plot of Time versus Drawdown data's of pumping test in 

Quaternary Plateau Basalts indicating Confined Double porosity fracture aquifer .................... 46 

Figure 9:‐ Graph of Double log plot of Time versus Drawdown data's of constant pumping tests 

in Quaternary Plateau Basalts showing Confined Single Plane verical fracture aquifer type ....... 47 

Figure 10:‐ Graph of  Double Log plot of Time versus Drawdown data's of constant pumping test 

of Quaternary Plateau Basalts formation indicating confined with Barrier boundary aquifer type 

curves ............................................................................................................................................. 47 

Figure 11:‐ Graph of Confined Aquifer System with leaky or recharging boundary ....................... 51 

Figure 12:‐ Graph of Confined Double Porosity Aquifer System .................................................... 51 

Figure 13:‐ Graph of Confined aquifer with barrier boundary ....................................................... 52 

Figure 14:‐ Graph of Uncorrected Transmissivity versus Specific Capacity values from constant 

test ................................................................................................................................................. 57 

Figure 15:‐ Graph‐A & B showing Plot of Transmissivity (m2/day) versus Specific Capacity (Q/S, 

m2/day) with Theoretical relations superimposed; “A” Arithmetic plot, “B” Log‐Log plot, 1: T = 

1.5Q/S, 2: T = 1.2Q/S, 3: T = .9Q/S .................................................................................................... 58 

Figure 16:‐ Graph‐A, B, C & D of Quaternary Plateau Basalts Aquifer’s Specific Capacity (m2/day) 

vs. T (m2/day) ................................................................................................................................ 65 

Figure 17:‐ Graph of Transmissivity versus Cumulative Frequency ................................................ 74 

Figure 18:‐ Graph of Transmissivity (m2/day) Versus Well Depth (m) ........................................... 75 

Figure 19:‐ Graph‐A, B, C & D Showing Specific Capacity index (Si) versus Borehole Depth (m); 

“A” Shallow wells (≤100m), “B” Intermediate depth wells (100<x≤150m), “C” Deeper wells 

(>150m) & D: General trend showing a decrease in Sci as Depth increases .................................. 76 

Page 13: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

xiii 

 

Figure 20:‐ Graph of Transmissivity of Quaternary Plateau Basalts formation compared to 

Transmissivity value of other continental flood basalts of the world ......................................... 80 

LIST OF TABLES  

Table 1: Number of wells and types of pumping test undertaken in Plateau Basalts in Ethiopia 44 

Table 2: Statistical Summary of T (m2/day), K (m/day) and Storativity deduced from Constant 

rate & Recovery monitoring tests ................................................................................................. 52 

Table 3: Turbulent Well loss coefficient C (day2/m5) determined by Step Drawdown Tests ...... 56 

Table 4: Laminar Head loss Coefficient B (day/m2) determined by Step Drawdown Tests ......... 56 

Table 5: Shows the turbulent head losses expressed in percentage as compared to total 

drawdown in the boreholes, the turbulent losses (CtQt2) are quite significant and can thus 

deteriorate considerably the simple analytical relationship between T & Q/S ............................ 56 

Table 6: Previously studied Empirical relations by different authors .......................................... 60 

Table 7: Specific Capacity not corrected for turbulent head loss .................................................. 61 

Table 8: Specific Capacity (Q/S) corrected for turbulent head loss ............................................... 62 

Table 9: Variation of Transmissivity (m2/day) values from constant pumping test in the 

Quaternary Plateau Basalts & Tarmaber basaltic Formations ..................................................... 66 

Table 10: Variation of Transmissivity (m2/d) values from corrected Specific capacity in 

Quaternary Plateau Basalts &Tarmaber Formations ................................................................... 67 

Table 11: Specific Capacity index of Quaternary Plateau Basalts .................................................. 68 

Table 12: productivity of Ashange formation as compared to National Aquifer productivity .... 68 

Table 13: yield and specific capacity values of major aquifers by (SMEC2007) ............................. 69 

 

LIST OF APPENDIXES 

Appendixes A‐Well log, Design, Description and Plots of Boreholes in the Plateau basalts 

formations ..................................................................................................................................... 92 

Appendixes B‐Log Log and Semi Log Plot of Time versus Drawdown Curves .............................. 97 

Appendixes C‐Data base ............................................................................................................... 119 

LIST OF PLATES  Plate 1: Photo of Plateau Basalts Exposed by road cuts near Guder town .................................... 37 

Page 14: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

xiv 

 

Plate 2: Photo, Borehole Located in Plateau Basalts Formation near Fichewa town (Left) and 

Perennial river (Right) ................................................................................................................... 41 

Plate 3: Photo, drilling in Quaternary Plateau basalts following structures (Shambu Town Water 

Supply‐right) and Pumping Test at Gobso (Left) .......................................................................... 42 

Page 15: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

CHAPTER ONE 

1. INTRODUCTION 

1.1  Background 

The  recent  trend  in  the  world  shows  that  water  is  considered  as  a  key  for  the 

development. As clean & safe drinking water  is scarce and  is the foundation of  life, 

and basic human need and yet today, all around the world, too many people spend 

their entire day searching  for  it. Ofcourse,  the  importance of access  to clean water 

cannot be overstated,  it  is expected that there will be an attention of world  leaders 

towards drought crises  in  the world, particularly Sub‐Saharan Africa which  today  is 

seen  in  Horn  of  Africa  also.  In  this  context, we  cannot  expect water  conflicts  to 

always be amenably resolved.  

In  hydrogeology,  one  of  the  paradigms  is  that  groundwater  resources  have  now 

become a strategic resource for economic growth, poverty reduction, environmental 

sustainability, and for climate change adaptation. The development of groundwater 

has,  therefore,  underpinned  efforts  to  reduce  poverty  and  promote  sustainable 

livelihoods,  particularly  in  sub‐Saharan  Africa.  One  of  the  key  advantages  of 

groundwater  is  its  reliability:  when  surface  rivers  and  streams  have  dried  up, 

groundwater  can  still  be  accessed  through  wells,  springs  and  boreholes.  This 

buffering capacity has  limits, however:  in certain areas, and under some conditions, 

groundwater  sources  can  fail,  and  the  search  for  water  can  become  long  and 

arduous.  

Page 16: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

Together  with  this,  the  lack  of  or  underdeveloped  water  infrastructure  with 

accelerated development over the past few years  in Ethiopia, and difficult access to 

reliable  water  supplies  especially  for  rural  people,  increase  a  demand  for  water 

supply in the country.  

Therefore,  the demand will pose  the groundwater  to be  studied  in detail  in  all  its 

characteristics in relation to the petro‐graphic exposures and climatic conditions. But, 

still  now,  little  had  been  done  in  the  field  of  development  of  water  resources 

particularly in area of groundwater potential assessment and its hydraulic properties 

in relation to the formation geology, depth and other properties. 

Groundwater management requires reliable aquifer characterization since it is a vital 

to  the  solutions  of  the  potable water  problem  for many  nations  of  the  country. 

Therefore,  the  first  attempt  should  be  to  identify  the  main  different  types  of 

Groundwater Aquifer systems in various part of the country which are located within 

the different geo‐petrographical environments and climates and yet to characterize 

the aquifer systems of the different geological formations which covered the whole 

country with respect to depth and if necessarily to age and other parameters of the 

geologic formation.  

However,  a major  challenge  in  characterizing  groundwater  hydraulic  properties  is 

that  aquifers  are  inherently  heterogeneous  and  the  information  necessary  to  deal 

with spatial variability  in aquifer properties  is  limited by the high cost of subsurface 

exploration.  Thus  in  order  to minimize  the  cost,  it  is  necessary  to  study  or  assess 

hydraulic properties of a different petro‐graphic exposures,  it  is good to simplify by 

formation and age of the geologic formations in Ethiopia.  

Page 17: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

Aquifers have huge differences with respect to geological environments resulting  in 

their  capacities  to  store  and  transmit water. Hence  the  availability of water  in  the 

geologic formation will depend on hydrogeological setting characterized by hydraulic 

parameters. Movement and abstraction of groundwater in the geological formations 

are  dependent  on  the  hydrogeologic  parameters  of  the  aquifers.  As  a  result,  the 

management  and  protection  of  groundwater  resources,  necessitates  reliable 

estimates  of  aquifer  parameters.  Therefore,  the  intention  of  assessing  hydraulic 

properties from pumping test data analysis is to stress an aquifer by either pumping 

or  injecting water and to note the drawdown over space and time, from which the 

characteristics of the aquifer can be estimated under special considerations. 

 

Moreover, pumping tests yield enough information to evaluate whether an aquifer is 

reliable  in  providing  a  safe  yield  of  groundwater,  as  opposed  to  the  objective  of 

protecting the source. Pumping tests are the primary means of estimating the  large 

scale  storage  and  transmissive  properties  of  an  aquifer  for  site  characterization 

investigations  (Butler J.  1990).  In addition, pumping  tests provide  the most  reliable 

method of obtaining hydraulic characteristics of aquifer systems, viz., transmissivity 

(T),  hydraulic  conductivity  (K),  storage  coefficient  (S),  and  specific  yield  (Sy),  for 

which the graphical method is widely used. 

 

In  this  study,  the  secondary  pump  test  data’s  of  a  constant  rate,  variable  rate 

discharge test  is conducted to determine the characteristics of an aquifer under the 

assumptions  that  it  is homogeneous, anisotropic and of  finite extent. The pumping 

test system consisted of one pumping well, and  in some wells an observation pipe 

inserted in the wells located within the well itself of the aquifer. The analysis of field 

Page 18: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

data, mainly drawdown  in  the pumping well,  requires  an  analytical or  a  numerical 

model of the well flow. Analytical models are most frequently used for pumping test 

analysis, although the well‐flow equations are always based on a relatively long list of 

simplifying  assumptions  (Kruseman  and  de Ridder,  1990). When  numerical models 

are used instead, the implied assumptions are less restrictive, but the construction of 

such  models  and  the  errors  associated  with  numerical  techniques  are  typically 

involved. 

 

 

 

 

 

Page 19: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

1.2 Statement of the problem   

In developing countries where agriculture serves as a backbone of the economy, the 

availability of groundwater  resources  is  crucial. However,  the high  cost  associated 

with  conventional  field  based  groundwater  exploration  techniques  has made  the 

assessment of  these  resources difficult.  This  Thesis,  therefore, provides  an  aquifer 

characteristics and hydraulic parameters in assessing the groundwater potential and 

a  qualitative  aquifer  characterization  and  conceptualization  technique  to  evaluate 

the hydraulic properties  together with  role of  faults and  fractures on groundwater 

flow in a Plateau Quaternary basaltic Terrain of Ethiopia.   

Aquifer  characterization  techniques  have  proved  useful  in many  environments  for 

siting wells and boreholes within a given formation. However, much is still not known 

about hydraulic parameters of groundwater  in the country and particularly volcanic 

rocks that are mainly exposed  in the Plateau of Ethiopian highlands and Quaternary 

in age. Issues requiring more research are: 

Hydraulic  parameter  characteristics  and  properties  with  age,  depth  and 

formation or geology 

the  sustainable  groundwater  resources  available  in  small  upland  aquifers, 

particularly in mountain areas of Ethiopia; 

the difference in fracturing (and therefore groundwater potential) in different 

types of volcanic rocks; 

Some  issues  that  demand more  attention  are  the  essentiality  to  understand  the 

hydrogeological  environment  of  the  area  and  its  sustainability  of  groundwater 

Page 20: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

supplies from upland volcanic aquifers and its hydraulic properties to have successful 

and sustainable water yield.  

When considering a groundwater development for any purpose, one of the highest 

problems  to  be  encountered  is  often  the  lack  of  data,  up  on which  to  based  an 

assessment of the viability of the aquifer. A common problem  is the scarcity of data 

relating to the variations in the value of the coefficient of transmissivity and storage. 

Knowledge  relating  to  the  position  and  nature  of  the  boundaries  and  recharge‐

discharge mechanisms of the aquifer may also be inadequate. 

In order to carry out successful test,  it  is necessary to have some knowledge of the 

aquifer  and  well  hydraulics  and  in  particular  how  the  drawdown  varies  with  the 

duration of pumping and distance from the pumped well. Without an appreciation of 

these  relationships  and  the  factors  which  affect  them,  it  may  prove  difficult  or 

impossible  to  design  a  suitable  observation  borehole  network  and  to  produce  a 

meaningful test and reliable aquifer parameter behavior of a given formation.  

The  approximate  idea of  the perennial  yield of  an  aquifer  can be obtained  from  a 

desk  study,  but  the  detailed  information  mainly  be  obtained  only  from  proper 

interpretation  and  evaluation  of  a  field  pump  test  data’s  and  yet  it  demands  a 

scientific and technical capabilities for  its assessment, exploration and development 

for use in different purposes. To achieve this objective successfully, the first attempt 

must be to identify the different aquifer systems within these geological formations 

and  to  accurately  characterize  the  existing  aquifer  systems  within  a  region  for 

proper, planned and manageable future uses of the groundwater resource. 

Regarding the hydrogeology of Ethiopia, so far, very few or no hydraulic parameters 

and  aquifer  characteristics  of  the  formation  has  been  investigated  and  regional 

Page 21: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

hydrogeological investigations which are very specific to a given existing rock type is 

not  yet  done  so  far.  The  few  regional  and  the  many  local  hydrogeological 

investigations  indicate  that  the  recent  volcanic  rocks  and  Plateau  basalts  of  the 

country have huge groundwater resource potential and high aquifer productivity. 

Therefore, this Thesis mainly focuses on the assessment of the hydraulic properties 

of the Ethiopian Plateau Quaternary Basalts which have an extensive areal coverage 

of about (15,423Km2 )  or 2.6% of the total surface aerial coverage of the Continental 

Flood  Basalts  in  the  country,  using  interpretation  and  analysis  of  the  collected 

secondary borehole pump  test data.   Attempt has also been made  to compare  the 

hydraulic properties of the Quaternary Basalts with other volcanic aquifers elsewhere 

in the world. 

1.3 Objectives  

1.3.1 General Objectives  

The main objective of this thesis is to assess the hydraulic properties of the Ethiopian 

Plateau  Quaternary  Basalts  (variation  of  transmissivity,  hydraulic  conductivity  and 

storativity of the aquifer systems) in relation to depth and age of the formation and 

yet assessing the effect of structural features, tectonics, volcanic, hydrothermal and 

weathering processes. 

1.3.2 Specific objectives  

Identifying the aquifer characteristics of the formation with respect to depth, 

age  and  variation  of  its  spatial  distribution  of  the  boreholes  located  in  the 

Plateau Quaternary basalts in Ethiopia 

Page 22: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

Evaluation  of  the  relationship  of  transmissivity  and  specific  capacity  of  the 

formations aquifer system through theoretical and empirical methods 

To investigate geologic and structural controls on the character of the aquifer 

system of the Plateau basalts and on their groundwater potential 

To  compare  the  Plateau  basalts  aquifer  characteristics with  other  volcanic 

rocks elsewhere in Ethiopia 

1.4 Description of the study area 

1.4.1 Location and Accessibility of the study area 

Ethiopia  is often fabled as the country of high mountains,  flat plateaus  frequently 

cut by deep gorges and wide valleys in the highland and plains in the lowlands. The 

highlands with very  rough  terrain are  impenetrable making accessibility as well as 

other development efforts a complex endeavor. 

The  Geophysical  setting  of  the  study  area  is  characterized  by  flat  plains  on  the 

plateau and generally characterized by highland in the center circumscribed by the 

lowlands. High raising mountains with flat top and steep sides are common features 

as of the Ethiopian other Highland areas.  

The Ethiopian Plateau Basalt dominantly outcropped  in  the northwestern highland 

plateau  around  West  Gojam,  Western  Highlands  in  Chomen  (Fincha)  Lake  and 

southwestern tip of Borena areas. 

 

In  northwest  highland  plateau,  they  outcropped  in  areas  particularly  around West 

Gojam of Shindi, Jiga, Fenoteselam, Mankusa, Kilaji, Bure, Achigi, Azena, Genet, Agut, 

Page 23: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

 

Tilili, Gimjabet, Kesa, Koso Ber, Chagni,  Injibara, Gish Abay, Kidamaja, Fogota, Addis 

Kidane, Mandura, Dangla, Durbete, Wetet Abay, Merawi, Meshenti,  Tis Abay, Bahr 

Dar, Yismala, Zegie and Kunzila.  

 In Western and Central Ethiopia, it is outcropped around Ambo, Guder, Gedo, Goben, 

Fincha (Choman), and Shambu areas.  

 In  southwestern  tip  of  the  country,  the  Plateau  Basalts  are  outcropped  in  areas 

particularly  around  tip  of  the  southern  Ethiopia  and  Tepi  area  of  the  Benishangul 

Gumuz. (Figure1).  

 

Figure 1: Location Map of the Study Area 

Page 24: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

10 

 

The Ethiopian plateau  covers much of  the north and west of Ethiopia.  It  is heavily 

dissected by rivers which have cut down into the landscape as the plateau has been 

uplifted. The plateau  is between 1500m and 4900m high (Maguire et al, 2006). The 

Tertiary  and  Quaternary  volcanic  eruption,  together  with  erosion  due  to  steep 

streams and large Rivers play a major role for the present topographic setting of the 

area near the Tana Lake. The area is characterized by low and high ragging in the very 

lowlands  at  the  southern  tip  boarder  of  Ethiopia  –Borena  lowlands  of  the  Bulal 

Basalts where  the  elevation  is  above  600m  and  the  highest  plateau  ranging  from 

1000‐4400m.  

 Most of the country is characterized by grasslands with scarce woodlands and thorn 

bushes.  This  includes,  the mountain  grasslands,  which  is  largely  used  for  plough 

cultivations  and  the  lowland grasslands, which  is mostly used  as grassland  for  the 

Nomads’ cattle. Only  limited areas of the highland forests remain and they occur as 

islands within the extensive grasslands. 

The Ethiopian western volcanic highlands have shallow to deep brown & black clay 

soils  while  the  eastern  volcanic  highlands  have  shallow  red  clays.  The  crystalline 

basement areas of northern Ethiopia have shallow silty, sandy & rocky soils while  in 

the southern and western Ethiopia they have deep red lateritic soils. The granite and 

gneiss areas  in the semiarid and arid zones have  in general thin sandy soils. Alluvial 

plains in the rift valley have silty – sandy alluvial soils. 

Page 25: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

11 

 

1.5 Previous Works and Related Literatures 

Volcanic rocks occupy 6% of the land area of Sub Saharan Africa (SSA), and sustain a 

rural population of 45 million, many of whom live in the drought stricken areas of the 

Horn of Africa. Groundwater  is  found within  Paleosoil  and  fractures between  lava 

flows. Yields can be high, and springs are important in highland areas (MacDonald A. 

M and Davies J., 2000, A brief review of groundwater for rural water supply  in sub‐

Saharan Africa, BGS Technical Report WC/00/33.)  

Research  and  experience  in  some  of  these  hydrogeological  environments  have 

enabled  standard  techniques  to  be  developed  for  finding  and  abstracting 

groundwater.  Analysis  of  128  springs  issuing  from  fractured  lava  flows  in  the 

Ethiopian Highlands as cited by MacDonald’s A.M and Davids J. indicated spring yields 

of  1  –  570  l/s  (Aberra  1990).  Springs,  especially  at  higher  altitudes  can  be  more 

susceptible to drought failure than boreholes (Calow et al., 2000).  

The  Ethiopian  volcanic  terrain  and  the  associated  quaternary  deposits  represent 

complex aquifer system where groundwater occurrence and distribution  is strongly 

controlled by the geomorphologic architecture of the plateau, escarpments and the 

rift valley, the complex spatial and temporal distribution of the volcanic rocks, their 

different  intricate  stratigraphic  and  structural  relationship,  wide  compositional 

variability,  different  level  of weathering  and  topographic  position  complicate  the 

hydrogeological behavior of the volcanic aquifers and hydrochemical signature(JICA, 

2001). Therefore, any groundwater exploration and development  requires mapping 

of the  important structures and evaluation of their role  in the recharge, movement 

and occurrence of groundwater (Tenalem A, 2009). 

Page 26: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

12 

 

Pumping  tests  are  the  primary means  of  estimating  the  large  scale  storage  and 

transmissive properties of an aquifer  for site characterization  investigations  (Butler 

James J., 1990) 

 

Page 27: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

13 

 

CHAPTER TWO 

2. METHODOLOGY  

2.1 Pump Test Data Collection 

The geological data of the boreholes including the water bearing formations and the 

record on the well design and construction has been presented in plots processed by 

computer using Strater software version 4.00.  

The  analysis  of  the  pump  test  data  has  been  done  using  Theis  time‐drawdown 

graphic method by which  aquifer properties have been  calculated.  The pump  test 

data  including measured  and  calculated  ones  have  been  organized  and  processed 

using  the Aquifer  test  for windows  software  version  3.5  (Waterloo Hydrogeologic 

Inc.). 

The  relationship  between  the  computed  transmissivity  verses  specific  capacity, 

transmissivity  verses well depth, discharge  verses drawdown,  transmissivity  verses 

formation age, specific capacity index verses well depth and specific capacity verses 

formation  age  have  been  analyzed  by  linear,  lognormal,  double  logarithm  and 

probability plots using Microsoft Excel for windows version 2007.  

Geological formations of the Plateau Basalt  have been mapped using Arcview GIS 9.2 

and    Global Mapper  11  computer  software’s  from  Geological Map  of  Ethiopia  2nd 

edition; Tesfaye Chernet. 

With  the  secondary  well  pump  test  data  and  data  of  hydrogeological  field 

observations  and  geological  log  it  is  possible  to  identify  the  type  of  the  aquifer 

Page 28: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

14 

 

system,  interpret  and  analyze  the  aquifer  system  hydraulic  properties  of  a  given 

geologic formation. 

The data required for the assessment of hydraulic properties of a formation includes, 

pump test data and well completion reports with depth to groundwater information, 

geological  log, collected from different organizations that fall  in the study area and 

location and geologic map of the formation. Additionally, the information needed to 

be  gathered  during  desk  study  from  different  governmental,  NGO’s  and  private 

companies and the remaining data’s are: 

Review of previous works and field work to fill data gap which includes  

Geological reports and maps 

Hydro geological reports and maps 

Well drilling completion reports 

Boreholes depth to groundwater data 

Hydro geological field observation data records 

Major  structure  identification  like  effect  of  surface  geologic  processes 

and tectonics, and rifting 

Finally organizing a  comprehensive well pump  test data’s and yet  interpreting and 

analyzing pump test data’s and classify the borehole depending on data’s plotted on 

log‐log  and  semi‐log    and  analysis  based  on  aquifer  productivity with  respect  to 

boreholes depth and age of the formations using Aquifer test version 3.5 computer 

software’s has been done. 

Page 29: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

15 

 

2.2 Theoretical Background on pump test data interpretation    

Calculating the hydraulic characteristics of an aquifer would be relatively easy  if the 

aquifer  system  (i.e.  the aquifer plus well) were precisely known.   So  interpreting a 

pump  test  data  is  primarily  a matter  of  identifying  an  unknown  system.  System 

identification relies on models, the characteristics of which are assumed to represent 

the characteristics of the real aquifer system of the given formation. 

The theoretical models comprise the type of aquifer, initial and boundary conditions. 

Typical  inner boundary conditions are mainly associated with  the pumped well,  for 

example,  fully  or  partial  penetrating, well  storage  and well  loss.  The  typical  outer 

boundaries are  impermeable boundary, permeable boundary, well  interference and 

regional and local water table trends.  

In a pumping test, the type of aquifer and the  inner and outer boundary conditions 

dominate at different times during the test. They affect the drawdown behavior of 

the system  in their own  individual ways. So, to  identify an aquifer system, one must 

compare  its  drawdown  behavior with  that  of  the  various  theoretical models.  The 

model that compares best with the real system is then selected for the calculation of 

the hydraulic characteristics. 

System  identification  includes  the  construction  of  diagnostic  plots  and  specialized 

plots. Diagnostic plots are  log‐log plots of drawdown verse time since the pumping 

started.  Specialized  plots  are  semi‐log  plots  of  the  drawdown  verses  time  or 

drawdown  verses distance  to  the well,  they are  specific  to a given  flow  regime. A 

diagnostic  plot  allows  the  dominating  flow  regimes  to  be  identified;  these  yield 

straight  line  on  specialized  plots.  The  characteristic  curves  help  in  selecting  the 

Page 30: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

16 

 

appropriate model  to  identify  formation  aquifer  category,  aquifer  curve  types  and 

proper analysis methods. 

In a number of cases, a semi‐log plot of drawdown verses time has more diagnostic 

value than log‐log plots. Therefore, it is recommended that both types of the graphs 

have to be constructed.  

The choice of the theoretical model is a crucial step in the interpretation of pumping 

test data.  If  the wrong model  is chosen,  the hydraulic characteristics calculated  for 

the real aquifer will not be correct. A troublesome fact is that theoretical solutions to 

well flow problems are usually not unique. Some models develop for different aquifer 

systems, yield similar response to a given stress exerted to them. This makes system 

identification and model selection a difficult affair.  In many cases, uncertainty as to 

which model to select will remain. The yield of a well & the shape and the size of the 

cone of depression are largely determined by the magnitude of the transmissivity and 

storage coefficient of  the aquifer. During  the early stages of pumping, most of  the 

water that is abstracted is obtained from the storage of the pumped well. The period 

of  pumping  of  a well  required  to  achieve  equilibrium  varies  from  hours  to  years 

according  to  the nature and  type of  the aquifer. Consequently,  it  is  important  that 

the type of the aquifer under investigation is identified before a pumping test begins, 

because the various aquifer types respond to pumping test differently. 

Some of the methods available for analyzing pumping test data’s are based only on 

the  information  obtained  from  the  observation  holes  while  others  utilize  the 

drawdown observed  in the pumped well  itself. The pump test data’s obtained from 

constant yield tests should be subjected to a preliminary analysis. Perhaps the most 

important part of this analysis  is the rock and aquifer classification. Are we carrying 

Page 31: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

17 

 

out  the pump  test  in unconsolidated or consolidated,  fully confined, unconfined or 

semi‐confined  aquifers?  Aquifer  classification  can  be  made  on  the  bases  of  data 

collected  during  drilling  from  rock  samples,  geophysical  well  logging  and 

groundwater level monitoring which give more a clue. Nevertheless, the final aquifer 

classification should be based on the results of the pumping tests. 

2.2.1 Time Verses Drawdown Plot 

To carry out the preliminary analysis, the drawdown (s) corrected for natural trends 

have been plotted against time (t) on semi logarithmic  and double logarithmic paper 

and  the  resulting curves has been compared with  the  ‘typical curves’. By analyzing 

the data collected during drilling and by comparing  the plotted  field data with  the 

typical  curves  the  tested aquifer has been  classified. A  correct  classification of  the 

aquifer  type  is of vital  importance. First,  it allows us  to select  the correct pumping 

test  interpretation method that  is for a test carried out  in a well test or aquifer test 

setup.  It  also  allowed  selecting  the  correct  method  for  the  computation  of 

groundwater  flow  using  simple methods  or  using  numerical  groundwater models. 

Most type curves are based on the assumption that, the aquifers are of infinite areal 

extent and the overlying and underlying confining beds are impermeable and yet no 

recharge  from  open  water  bodies  and  precipitation.  Deviation  from  these 

assumptions results  in departure  from the theoretical time verses drawdown plots. 

The  departures  could  result  due  to  the  effect  of  an  impermeable  (or  barrier 

boundaries) or a recharging boundary (Figure 7:‐Graph‐A & B, Figure 8:‐ Graph C & D, 

Figure 9 & Figure 10), of representative Time verses Drawdown plots on double log). 

Page 32: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

18 

 

 

Figure 2:  Log‐Log and Semi Log plots of the theoretical time‐drawdown 

relationships of consolidated, fractured aquifers: 

Parts A and A’: Confined fractured aquifer, double porosity type 

Parts B and B'': A single plane vertical fracture 

Parts C and C': A permeable dike in an otherwise poorly permeable aquifer (Adopted 

from G.P Krusman, 1994) 

2.2.2 Single Pumping Well Analysis Method 

The data’s obtained from pumping test can be analyzed using two types of formulae, 

namely, those applicable to equilibrium and non equilibrium conditions. The type of 

test  and  analyses  employed  depend  up  on  the  reason  for  conducting  the  test. 

However,  the  equilibrium  equations  can  be  used  to  predict  the  response  of  the 

aquifer to pumping regardless of which technique  is eventually used to analyze the 

test data’s. 

Page 33: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

19 

 

To  analyze  the  pump  test  data’s  in  a  correct manner,  for  both  equations  i.e.  the 

equilibrium  and  non  equilibrium  equations,  the  following  five  limiting  assumptions 

have  been  investigated  and  conditions  allow  these  are  valid  assumptions  for  the 

studied case. 

The  aquifer  contains  no  boundaries  in  the  area  around  the  well,  i.e.  it  is 

effectively infinite in aerial extent 

The  aquifer  has  uniform  saturated  thickness  throughout  the  radius  of 

influence 

The aquifer is homogenous and isotropic 

The slope of the water table or the pieozometric surface  is negligible before 

pumping starts 

The pumped well  completely penetrates  the  saturated aquifer  thickness  (at 

least 80% of it) 

Under Theis non equilibrium equation there are two additional limiting assumptions, 

they are; 

Water storage in the pumped well is negligible 

Water  pumped  from  storage  is  discharged  instantaneously with  the  fall  in 

head 

Theis and Jacob formulated a theory underlying pumping tests carried out in porous 

confined aquifers whereby groundwater flow to the pumped well is in unsteady state 

flow. The collection and analyses of unsteady state data’s  in an aquifer or well test 

set up may be preferred to using steady state flow pumping test data’s. However, an 

Page 34: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

20 

 

advantage of using unsteady  state pump  test data’s  is  the option  to  compute  the 

storage coefficient of the aquifer. This is not possible in steady state field pump test 

data’s. The other advantage  is also  it permits measurements from the pumped well 

and  yet  transmissivity  can  be  determined  at  the  pumped  well  and/or  at  the 

observation hole and  the storage coefficient can be determined at the observation 

hole only.  In steady state  flow only a rough estimation of the transmissivity can be 

obtained.  In  Theis  approach  we  use  the  field  plot  of  measured  and  corrected 

drawdown  data’s  against  time  on  double  logarithm  paper.  Also,  a  type  curve  is 

prepared on a double  log‐paper showing the well function W (u) against (u) or 1/u), 

because we work on double  logarithm paper,  the shape of  the  field curve and  the 

type curve is the same. In Jacob approach, we make a field plot of drawdown verses 

time in semi‐log paper. The plotted points should fall on the straight line. The points 

corresponding  with  large  u‐values  (u>.01)  may  not  fall  on  the  straight  line.  By 

considering the slope of the straight  line shown, we can compute the transmissivity 

values and yet, the straight line can be extrapolated until it intersects the drawdown 

is equal to zero axis, and then from the coordinates of the points of intersection we 

compute the storage coefficients values. 

 In a single pumping well,  there  is only one well which used  for both pumping and 

recording drawdown measurement. Single pumping well  test data’s  from confined 

aquifers  can  be  interpreted  by  the  new  derivative  analyzing  tools of  the  standard 

Theis method which assumes well bore storage effect is negligible provided that the 

recorded  drawdown  data’s  are  corrected  to  well  lose  coefficient  values  and 

Papaduplose – Cooper method which accounts effect of well bore storage, and use 

the diagnostic plots  to determine presence of well effect on  the drawdown data’s 

during the pumping duration.  

Page 35: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

21 

 

 The  diagnostic  plots  provide  an  insight  or  diagnosis  of  the  aquifer  type  and 

conditions. The diagnostic plots are also available for a variety of aquifer types, well 

effects and boundary conditions. These plots can be displayed on a  log‐log or semi‐

log scales. Each diagnostic plot contains three lines: 

Theis type curve (dashed black line) 

Theoretical drawdown curve under the expected conditions (solid black line) 

Drawdown derivative curve (solid green line) 

 

Figure 3: Graph of Diagnostic type curves for pump test data 

The presence of well effect can be confirmed by comparing the observed drawdown 

data’s with the drawdown derivative data’s  in the well effect diagnostic plot at the 

early  pumping  time.  If  the  curve  is  characteristic  of well  bore  storage  conditions, 

there will be a delay in drawdown as a result of storage in the pumping well and the 

drawdown deviates from the theoretical Theis curve. However, as pumping duration 

increase, the drawdown curve becomes more similar to the theoretical Theis curve. 

The  well  effects  are  more  easily  identified  in  semi‐log  plot  of  the  measured 

drawdown data’s superimposed with the Theis theoretical curve, then, by comparing 

these plots to the well effect diagnostic plots the presence of the well effects can be 

confirmed.  

Page 36: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

22 

 

Schafer (1978) suggests that  in many  instances early pumping test data may not  fit 

Jacob’s modification of the non equilibrium theory, and that the calculation based on 

this early drawdown value will be erroneous. These early pump test data reflect the 

removal of water stored  in the casing. When pumping beings, water  in the casing  is 

removed first. As water level  in the casing falls, water begins to enter the well from 

the surrounding formation. Gradually, a greater percentage of the wells yield will be 

from  the  aquifer.  The  drawdown  value will  be  higher  during  the  time  required  to 

exhaust the casing storage, giving an erroneous low transmissivity value in the early 

stage of the pumping test. 

An  interpreter might  have mistaken  the  flattened  curve  in  the  early  stage  of  the 

pumping test which is due to the effect of the casing storage as indication of aquifer 

recharge. The duration of  the casing storage effect varies greatly  from well  to well 

depending  on  the  casing  diameter  and  specific  capacity.  In  general,  the  casing 

storage effect will last longer for wells with large diameter and low specific capacity. 

Papaduplose  and  Cooper  (1967)  and  Rameyt  et  al  (1973)  present  equations  that 

modify  the early part of  the Jacob and Theis curves by  taking  in  to account casing 

storage.  These  equations  indicate  the  critical  time  after which  casing  storage  no 

longer  contributes  to  the  yield  of  the well.  Presumably,  drawdown  data  collected 

after  this  time  will  represent  the  true  physical  conditions  within  an  aquifer. 

Unfortunately,  these  equations  can  be  used  only  if  the  transmissivity  and  well 

efficiency values are known  in advance. Schafer  suggests  that  the critical  time  (tc) 

can be calculated by the following equations; 

  tc = 0.6(dc2‐dp

2)/Q/s or tc = 0.017(dc2 – dp

2)/Q/s‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1) 

Where:  

Page 37: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

23 

 

tc= is time in minutes when casing storage effect becomes negligible,  

dc =is inside diameter of well casing (in inches),  

dp= is outside diameter of pump column pipe (in inches) and  

Q/s= is the specific capacity of the well in gallon per meter per feet   of 

drawdown at the critical time.  

Determination of true transmisivity value depends on being able to identify whether 

a casing storage effect has occurred or a recharge boundary has been encountered 

early  in  the  pumping  test.  Analysis  of  pumping  tests  in which  casing  storage  is  a 

factor indicate that T1 and T2 can be related by the equation below; 

  T2 = 4T1/E‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (2) 

Where: 

T2 =is the transmissivity value reflecting the true aquifer characteristics and  

T1  =is  the  apparent  transmissivity  calculated  from  the  portion  of  the  graph 

affected by casing storage and  

E =is the well efficiency value.  

This  equation  can  be  used  to  check  calculated  transmissivity  values  and  well 

efficiency  values  derived  from  pumping  tests,  especially,  when  data  from  the 

pumped well are the only data available.  The numerical value of 4 on the right side of 

the equation is based on the value of the exponent of the storage coefficient that is S 

=  10‐4,  it  will  change  as  the  exponent  varies.  Careful  collection  of  early  time  – 

drawdown and recover values can be enhance the data base used to evaluate wells 

Page 38: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

24 

 

and aquifers. The effect, however, of the casing storage on the early measurements 

cannot  be  ignored  and  must  be  incorporated  into  the  overall  data  analysis. 

Estimation  of  the  critical  time  by  equation  (1)  aids  in  the  interpretation  by 

determining  which  data  are  influenced  by  casing  storage  and  are  therefore  not 

subject  to  conventional  analysis.    Equation  (2)  then  provides  a  useful  check  on 

obtained values of transmissivity and well efficiency. 

2.2.3 Analysis of Step Drawdown Test  

All conventional well hydraulic theory  is based on the assumption that, laminar flow 

conditions  exist  in  the  aquifer  during  pumping.  If  flow  is  laminar,  drawdown  is 

directly  proportional  to  the  pumping  rate.  If  turbulent  flow  occurs,  the  linear 

relationship between drawdown and pumping rate no  longer holds and part of the 

drawdown  is generally  related  to  the pumping  rate  raised  to  some power greater 

than one. 

When turbulent flow occurs, the specific capacity will decline, often dramatically, as 

the discharge  rate  is  increased. When  this happens,  it  is useful  to have a means of 

computing  the  turbulent  and  laminar  drawdown  components  in  order  to  make 

proper  judgments  concerning pumping  rate and pump –setting depth. For  laminar 

flow  condition  in  a  perfectly  efficient well,  drawdown  in  confined  aquifer  can  be 

expressed as  

s = 264Q/T Log (0.3Tt/r2S) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1) 

The above equation can be shortened as below, 

S = BQ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (2) 

Page 39: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

25 

 

Where,  

B = 264/T Log (0.3Tt/r2S) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (3) 

For a specific well, the value of B (Aquifer loss factor) is time dependent. However, B 

changes only slightly after a reasonable pumping duration and can thus be assumed 

to  be  a  constant.  When  turbulent  flow  occurs,  Jacob  suggests  that  the  total 

drawdown  in  a well  can be more accurately expressed as  the  sum of  a  first order 

(laminar)  drawdown  component  and  a  second  order  (turbulent)  drawdown 

component. 

S = BQ + CQ2 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (4) 

Where:  

BQ – the laminar term, is the aquifer loss factor 

CQ2‐ the turbulent term is the well loss factor (or head loss attributable to the 

  efficiency) 

 

Analysis  of  real  well,  however,  have  show  that  this  correlation  is  not  correct, 

because,  the BQ term almost always includes a major portion of the well losses and 

CQ2 term occasionally  includes some aquifer  losses. For this reason, computing well 

efficiency percentage from a step drawdown test results erroneous values. The step 

drawdown test is still useful, however, in evaluating the magnitude of turbulent head 

loss for the purpose of determining optimum pumping rates. If we divided the above 

equation  (4) by pumping  rate  in both  sides of  the equation and yet  if we plot  s/Q 

Page 40: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

26 

 

verses pumping rates, the resulting graph is a straight line with slop C (well loss) and 

intercept B (aquifer loss). 

S/Q = B + CQ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (5) 

Inverting  terms  in equation  five  shows how  specific  capacity declines  as discharge 

increases when only turbulent flow occurs. 

Q/s = 1/CQ + B ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (6) 

 A parameter often computed from a step drawdown test is the ratio of the laminar 

head loss to the total head loss expressed as a percentage. 

Lp = (BQ/BQ + CQ2) * 100 ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (7) 

Where:  

Lp‐ is the percentage of the total head loss that is attributable to laminar flow.  

If the assumptions made by Jacob were correct, that aquifer loss equals BQ and well 

los  equals  CQ2,  then  Lp,  would  equal  the  well  efficiency.  However,  testing  of 

hundreds of wells has shown that these assumptions are not correct. Depending on 

the  exact  nature  of  the  aquifer,  the  specific  capacity may  seem  to  improve with 

higher discharge  rate and  longer pumping  time, a highly unlikely  situation  that will 

occur rarely, if ever, in natural geologic materials. 

The efficiency of a pumped well  in some cases can be estimated  from  the distance 

verses drawdown graph. This can be done by extending the straight line representing 

the  profile  of  the  cone  of  depression  to  show  the  drawdown  in  the  aquifer  just 

outside the well. The intersection of the extended line with the radius of the pumped 

Page 41: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

27 

 

well shows the theoretical drawdown for a 100% efficient well. The result is valid for a 

confined  aquifer  only  when  the  full  thickness  of  the  aquifer  is  screened.  The 

theoretical drawdown of a pumped well can be compared with the actual drawdown 

by extending the straight  line on the distance verses drawdown diagram to a point 

where  the  radius of  the well  (outer  face of  the well)  is  indicated on  the horizontal 

line. 

The factors contributing to excess drawdown  in wells (inefficiency) can be grouped 

in to two classes. One class comprises those factors related primarily to choice made 

in the design of wells, the other class includes factors related to well construction.  

Design factors include: 

Choice  of  well  screen  with  insufficient  open  area  that  makes  entrance 

velocities too high, resulting in a greater than normal entrance (head) losses. 

Poor distribution of  screen openings  causes  excessive  convergence of  flow 

near  the  individual openings and may produce  twice as much drawdown as 

necessary. 

Insufficient  length  of  well  screen,  resulting  in  partial  penetration  of  the 

aquifer, distorts the flow pattern for some distance around the well. 

Improper sized filter packs or those made from angular or plate like materials 

can  restrict  flow  in  to  a  well  screen,  particle  shape,  size  and  grain  size 

distribution affect the hydraulic conductivity of the pack.  

Construction factors of: 

Inadequate  development  of  a  well  reduce  original  permeability  of  the 

formation 

Page 42: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

28 

 

Improper placement of  the well screen may put  it at a depth  that does not 

cross pond to the best water‐bearing formation. 

The amount of drawdown required to produce a particular yield is determined by the 

hydraulic  nature  of  the  aquifer  and  the  care  with  which  the  well  was  designed, 

constructed  and  developed. Drawdown  caused  by  friction  losses  in  the  aquifer  as 

water flows to a well is unavoidable. But, substantial head losses sustained as water 

passes through the disturbed zone around the well are avoidable. They are caused by 

drilling  fluid  left  in  the  formation, damage  to  the  formation  caused by drilling,  the 

presence  of  a  poorly design  filter  pack,  or  use  of  a well  screen with  limited  open 

areas.  

Good design practices  and  enlighten drilling methods  can  ensure  that head  losses 

through the zone near the well hole will be minimal. Well screen with maximum inlet 

areas,  surrounded by  a  suitable  filter pack  and  in  turn  surrounded by  a  formation 

developed  properly  to  remove  drilling  fluids  and  fine materials  are  necessary  for 

minimizing head losses.  

Real  aquifers  do  not  conform  fully  to  assumed  geologic  or  hydrologic  conditions. 

Thus,  limits for the use of the Jacob equations must be set for those cases  in which 

the differences  are  significant.  The main hydro geologic  conditions  that  affect  the 

Time verses Drawdown graphs are: 

Precipitation recharge 

Surface water recharge 

Slow drainage 

Vertical leakage 

Page 43: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

29 

 

Impervious boundaries 

Casing storage    

The above equation (7) tells us with  increasing the pumping rate the well efficiency 

decreases.  At  high  pumping  rates  the well  loss may  be  large when  the well  loss 

factors B & C take on significant values. Generally when B & C values are small, the 

wells are  said  to be efficient. However,  if  the  screen of  the well or  its gravel pack 

have  not  been  properly  designed,  or  been  put  in  to  a  proper  place  (high  entry 

resistance and/or excessive turbulence) the B and C values can be high and the well 

efficiency will be low. 

High values,  in particular for B (aquifer  loss coefficient) may also be found  in a well 

that have not been properly developed after drilling and during production when the 

well screen become clogged due to bacterial slim, calcium carbonate precipitate or 

encrustation of Iron. 

The relation of well loss coefficient ‘C’, to a well condition (after Walton14) is given as 

below. 

Well loss Coefficient     Well Condition 

(‘C’ (min2/m5) 

< 0.5           properly designed and developed 

0.5 to 1         mild deterioration due to clogging 

1 to 4           sever deterioration or clogging 

>4          difficult to restore well to original capacity 

Page 44: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

30 

 

2.3 Estimation of Transmissivity from Specific Capacity through Theoretical & 

Empirical Methods 

Transmissivity  and  specific  capacity  field  data’s  can  be  related  by,  Analytical, 

Empirical, Geostatistical and hybrid methods. Specific capacity is in part, a function of 

the  hydraulic  properties  of  an  aquifer.  Specific  capacity  data’s  are  typically much 

more  abundant  and  readily  available  than  the  time  –drawdown  data’s.  Relating 

specific capacity to transmissivity can  increase the value of transmissivity estimating 

an  aquifer  by  an  order  of magnitude.  Incorporating  specific  capacity  data’s  in  to 

hydrogeological  assessments  allows  a  more  rigorous  characterization  of  the 

hydraulic properties of a regional aquifer and a better understanding of the flow in an 

aquifer  (Hororaka &  others,  1998).  The  appropriate  technique  for  relating  specific 

capacity  to  transmissivity  depends  on, well  construction,  aquifer  setting,  pumping 

rates and number of available well tests, and ultimately, the accuracy of the applied 

technique. Specific capacity value in semi confined and confined aquifers will tend to 

have a lower value which is due to less drawdown caused by additional flow in to the 

well. 

2.3.1 Analytical Methods 

In this method relating transmissivity to specific capacity involves using mathematical 

equations  based  on  the  theory  of  groundwater  flow.  These  methods  are 

advantageous, because, they are exact. However, their application can be limited due 

to 

Unrealistic assumptions about the aquifer and well hydraulics 

Limited information on the aquifer or the well 

Page 45: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

31 

 

Thomason  and  others  (1960),  used  the  Dupuit‐Theim  equation  to  show  that 

transmissivity is linearly related to specific capacity by a constant (Cc). This approach 

assumes that water levels are in steady state and that, storativity, partial penetration 

and well  losses do not  influence  results. Use of Dupuit‐Theim equation  requires an 

assumption  on  the  radius  of  influence.  The  steady  state  radius  of  influence  is 

dependent  on  aquifer  properties  and  aquifer  setting  and  is  greater  for  greater 

transmissivity and comparatively greater  for confined aquifers  than  for unconfined 

aquifers with  similar  transmissivity  (Driscoll,  1986).  Therefore,  the  constant  (Cc)  is 

partially a function of transmissivity which results in a nonlinear relationship between 

transmissivity  and  specific  capacity.  By  this  method,  Adyalkar  and  others  (1981), 

calculated  the  constant  (Cc)  to  be  0.42  for  the  weathered  zone  of massive  and 

vesicular basalts of the Deccan trap in India. 

2.3.2 Empirical Methods 

These methods  involve  statistically  relating  transmissivity  to  specific  capacity using 

paired  values  of  both  parameters measured  in  the  same well.  These methods  are 

advantageous,  because,  the  uncertainty  in  the  estimate  can  be  estimated  and 

because,  many  non  ideal  conditions,  such  as,  turbulent  well  loss,  are  indirectly 

considered. However, their application can be limited due to too few measurements 

of  transmissivity  or  too much  uncertainty  in  the  relationship  compared  to  actual 

heterogeneity of the aquifer. These methods involve; 

Compiling all available aquifer test information’s for an aquifer 

Determining the transmissivity and specific capacity data for each of the tests 

Using regression to fit a line to the plotted pairs of log‐transmissivity and log‐

specific capacity 

Page 46: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

32 

 

Calculating  the  uncertainty  in  the  linear  relationship  between  transmissivity 

and specific capacity     

For  empirical  relationship  between  transmissivity  and  specific  capacity,  at  least  25 

boreholes pumping test of constant discharge rate and step drawdown test data’s is 

very essential as long as the two pair variables data’s of a single well.   

2.4 Relationship of Specific Capacity Verses Aquifer Thickness 

Specific capacity can be normalized  to aquifer  thickness using  the  specific capacity 

index (Si) (Davis & DeWeist, 1966). They normalized specific capacity data to aquifer 

thickness using specific capacity index by the equation; 

  Si = Sc/b 

Where: 

Si = is specific capacity index,  

Sc = is specific capacity and 

 b= is aquifer thickness. 

Poland  (1959)  and  Thomasson  and others  (1960)  calculated  specific  capacity  index 

using units of gram per meter and feet multiply it by 100ft, and call the result as the 

“yield  factor”, which  normalizes  specific  capacity  to  a  100ft  thick  aquifer.  Specific 

capacity index has the same units (L, t‐1) and is somewhat analogous to the hydraulic 

conductivity. Specific capacity  index  is not commonly used, though  it has been used 

instead  of  specific  capacity  to  remove  the  effect  of  aquifer  thickness  variation  on 

aquifer productivity (Siddiqui & Parizek, 1971; Lariccia & Rauch 1977; Gelbaum, 1981).  

Page 47: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

33 

 

Some wells will be screened  in multiple production zones  in an aquifer or group of 

aquifers to achieve the desired yield. For example, a well might be screened from 30 

to 40m, 50 to 60m and 65 to 80m. Therefore, the production of the well, and thus 

the value of the specific capacity are from a combination of the producing zones; 

  Sc =   

Where:  

n = is the number of the production zones.  

Back  calculating  the  specific  capacity  of  each  zone  is  not  possible  unless  specific 

capacity is measured at different well depths as the well was drilled or after the well 

was drilled by isolating each well section. 

Walton  (1970) described an approach  to qualitatively determine  if deeper units are 

less or more permeable than upper units. This is done by first calculating the specific 

capacity  index  for  each  well,  segregating  the  wells  into  categories  based  on 

formations  penetrated  or  depth  of  the  penetrated  formation  and  comparing  the 

distribution of the specific capacity index for the different categories of the wells.  

If  lower  specific capacity  indexes are  found  for wells  that  intersect more of 

the formation or deeper depths, then, the lower units are less productive. 

 If specific capacity index increases, then the lower units are more productive.  

If specific capacity  index remains the same, then the formations have similar 

productivity.   A similar comparison can be done with the geometric mean of 

the specific capacity index.     

Page 48: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

34 

 

CHAPTER THREE  

3. GEOLOGY AND HYDROGEOLOGY 

3.1 Regional Geology 

 

Following  the  initiation  of  subsidence  of  the  Afar  Depression  and  the  MER, 

subsequent volcanism was restricted at first to the evolving rifts and then to the axial 

zones which later became a focus of Quaternary and recent volcanic activity. 

 

An increase in alkalinity in the younger plateau flood basalt sequence and of the flood 

basalts of the western plateau from north to south has been suggested by Berhe et 

al. (1987). Most of the Quaternary basalts (Qb1), of the Main Ethiopian Rift (MER) and 

Ethiopian Plateaus are transitional in nature whereas basalts of the axial zones of the 

Afar Depression show distinctive tholeiitic affinity.  

 

The earliest and most extensive groups of volcanic rocks are the Trap Series, erupted 

from fissures during the early and middle Tertiary. The Plio‐Quaternary volcanics are 

largely restricted  in the Rift valley. Substantial shield volcanoes consisting mainly of 

basalt  lava  developed  on  the  Ethiopian  plateau  during  the Miocene  and  Pliocene 

(Kazmin,  1975).  The  Ethiopian  Volcanics  were  divided  into  two main  Series:  Trap 

Series  (or plateau Series)  and Rift Volcanics  (Mohr,  1971; Mohr,  1983; Zanettin  and 

Justin‐Visentin, 1974; Zanettin, 1993) etc. 

 

Quaternary  alkaline  basalts  and  trachytes  (Qb1)  were  erupted  along  pre‐existing 

structures  on  the  northwestern  southeastern  plateaux.  Although  not  dated,  their 

relatively  unmodified  geomorphological  features  such  as  the  prevalence  of 

Page 49: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

35 

 

prominent cinder cones and small collapse craters  in particularly  in regions of heavy 

rainfall and perennial streams indicate their recent age. Alkaline basalts and trachytic 

prevail  in  the  Tana Grabens  and  young  trachyte  flows  on  the  Batu Mountain  and 

Sanete Basalts in the Bale region (Kazmin, 1979;  Merla et. al., 1973) all belong to the 

unit. Field evidence  suggests a Pleistocene age  to all  the  rocks. Volcanic  rocks and 

flows of  scoriacious basalts  are well preserved  in  the  Lake Tana Grabens  (Kazmin, 

1979).  

 

 

Page 50: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

36 

 

Figure 4: Geological Map of Quaternary Plateau Basalts in Northwestern of Ethiopia 

 

Figure 5: Geological Map of Quaternary Plateau Basalts in Northwestern, Central 

highlands of Ethiopia  

Page 51: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

37 

 

 

Plate 1: Photo of Plateau Basalts Exposed by road cuts near Guder town 

 

The  other  younger  analogous  unit  is  the  relatively  fresh  Tepi Basalts  produced  by 

Central type eruption in southwestern Ethiopia with a Holocene age (Davidson, 1983) 

and  is  considered  to  be  an  analogous  unit.    These  Quaternary  basalt  flows  are 

characteristically alkaline and may represent the final pulse of basaltic volcanism on 

the  Ethiopian  plateaux.  The  Ethiopian  Cenozoic  Volcanics  are  volumetrically 

predominated  by  basalts. Alkaline  and  tholeiitic  basalts  are  equally  abundant.  The 

plateaus of Ethiopia have been host  to  tholeiitic and alkaline basalts. Recent study 

using magneto‐telluric method by Hautot et  al  (2006)  indicated  that  there  is  thick 

sediment underlying the Tertiary and Quaternary Volcanics below Lake Tana, which 

shows the continuity of sedimentary rocks beneath the Volcanics 

Page 52: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

38 

 

 

Figure 6: Geological map of Quaternary Plateau Basalts in Southwestern Ethiopia  

3.2 Regional Hydrogeology 

Ethiopia  is characterized by high‐altitude volcanic plateaux  tapering  into Rift valley 

and  peripheral  lowlands.  The  country  has  huge  groundwater  potential,  mostly 

localized  in  the  volcanic  terrain  covered  with  Quaternary  deposits.  (Tenalem, 

A.2009).  These  volcanic  terrain  and  associated  Quaternary  deposits  represent 

complex aquifer systems where groundwater occurrence and distribution is strongly 

controlled by the geo‐morphological architecture of the plateaux, escarpments and 

Page 53: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

39 

 

the  rift valley. The complex spatial and  temporal distribution of  the volcanic  rocks, 

their  difference  intricate  stratigraphic  and  structural  relationships,  wide 

compositional  variability,  different  level  of  weathering  and  topographic  position 

complicate  the  hydrogeological  behavior  of  the  volcanic  aquifers  and  the 

hydrochemical  signature,(Tenalem  A.2009).  The  main  source  of  groundwater 

recharge  of  the  country  is  rainfall  and  river  channel  losses.  The  average  yearly 

groundwater  recharge  for  the  entire  country  is  around  2.8  billion  cubic  meters 

(Tadesse, 2004).The major recharge occurs  in the highlands where annual rainfall  is 

more than 1000 mm.  

 

Ethiopian  flood basalts are highly productive commonly  in  their scoriacious basaltic 

layers; the productivity of these formations considerably varies from place to place. 

The yield of aquifers from Plateau Basalts group rocks varies from 0.7l/s to 17lt/s on 

average. In the northwestern plateau areas, it varies from 1.5lt/s to 17lt/s and that for 

southeastern plateau varies from 0.7lt/s to 6lt/s. The yield  is extremely high  in some 

localities  due  to  high  degree  of  fracturing  and  the  presence  of  paleo‐valleys  and 

buried  river gravels  in paleo‐channel  at depth.  The major water bearing  layers  are 

made of scoriacious basalts (Tamiru Alemayehu, 2006). 

 

In  addition  to  the quaternary  volcanic  alluvial  sediment deposit  aquifers,  the main 

aquifer  system  for  the  Plateau  Basalts,  are  their  fractured  and  faulted  layers. 

Presence  of  overlying  volcanic  trachyte,  tuff,  ash  and  watery  soil  make  the 

groundwater  condition  of  the  Plateau  Basalts  to  be  under  semi‐confined  and 

confined condition.  

 

Page 54: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

40 

 

From the collected and analyzed borehole’s constant yield and recovery tests result, 

the Plateaux Basalts formation has a borehole yield that ranges from 60.48m3/day to 

1468.8m3/day,  and  the  transmissivity  of  the  formation  ranges  from    11.1 m2/day  to 

4600m2/day  with  a  mean  value  of  transmissivity  of  398.26m2/day.  The  specific 

capacity ranges from 15.7m2/day to 181.37m2/day and a mean of 74m2/day. 

 

Quaternary Plateau  Formation  (Qb1),  as  can be  seen  from  the  collected boreholes 

secondary pump test data’s time verses drawdown plot on double logarithm, have an 

aquifer type which is dominantly confined consolidated with double porosity fracture 

systems and single  barrier boundary or recharge boundary and rarely of single plane 

vertical  fracture  aquifer  systems  and  leaky  or  recharge  boundary.  This  confined 

groundwater  condition  is  due  to  the  overlying weathering  product  of  thick  black 

cotton  soil  horizons,  over  the  scoriacious,  tuff,  slightly  weathered  &  fractured 

Plateau Basalts of rhyolites.  

 

Boreholes  from  the  massive  highland  plateau  of  the  Ethiopian  Plateau  Basalts 

formations have  low aquifer productivity as compared to boreholes  located  in thick 

alluvial deposit of relatively plain  lowlands or discharge areas where there  is a high 

recharge  from the highlands. This  is evidenced at the borehole  located  in the West 

Gojam and near Tana lakes where the yield of the well is a maximum. The formation 

show decrease aquifer productivity with  increased boreholes depth and age of  the 

formations. The Plateau Basalts  formations aquifer productivity  is highly controlled 

by: 

Spatial distribution and geomorphologic set up of the formation outcrop 

Nature and degree of weathering  

Page 55: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

41 

 

Nature,  extent,  frequency  and  orientation  of  the  associated  structural 

features  

Hence,  weathering  and  other  volcanic  activities  tends  to  decrease  aquifer 

permeability  in  the volcanic  formation while,  fracturing,  faulting and other  tectonic 

activities tends to increases aquifer productivities. The lake Tana basin and pre‐& post 

MER  forming  faulting  and  other  tectonic  activities  play  an  important  role  in  the 

Plateau Basalt groundwater occurrence,  localization and movements and yet  in the 

permeability and productivity of the this formations. 

 

 

 

Plate 2: Photo, Borehole Located in Plateau Basalts Formation near Fichewa town (Left) and 

Perennial river (Right) 

 

Finally,  the Ethiopian volcanic  terrain and associated quaternary deposits  represent 

complex aquifer systems where groundwater occurrence, and its spatial distribution 

is highly controlled by the geomorphic architectures of the plateau, escarpments and 

the  rift  floor,  the  complex  spatial  and  temporal  distribution  of  the  volcanic  rocks, 

Page 56: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

42 

 

their  different  intricate  stratigraphic  relationships,  wide  compositional  variability, 

different  level  of  weathering  and  topographic  positions  complicate  the  hydro 

geological  behaviors  of  the  volcanic  aquifers  and  their  hydrochemical  signatures. 

Therefore, any groundwater exploration and development requires mapping of the 

important  structures  and  evaluating  their  role  in  the  recharge,  movement  and 

occurrence of the groundwater (Tenalem Ayenew, 2009). 

In the Abay basin and its adjacent basin, there exist extensional Tana basin and the 

lower Yerer‐Tulu Wellel extensional zone that transects the MER, which is supposed 

to transmit plateau water into the Rift valley. The main Thermal springs, central 

volcanoes are located in these zones. These tectonic structures play an important 

role in controlling groundwater flow paths and groundwater chemical evolution 

(Seifu Kebede et al, 2005). Highly productive aquifers are located within the plateau 

volcanic with fresh and potable groundwater (Tamiru Alemayehu, 2006). 

 

Plate 3: Photo, drilling in Quaternary Plateau basalts following structures (Shambu Town Water 

Supply‐right) and Pumping Test at Gobso (Left)   

Minor Structure 

Page 57: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

43 

 

CHAPTER FOUR  

4. RESULTS  

4.1 Characteristics of the Data  

4.1.1 Data Type 

 

Assessment  of  the  hydraulic  properties  of  the  Plateaux  Basalt  aquifer  systems 

outcropped  in  the  Ethiopia  has  been  conducted  through  the  interpretation  and 

analysis of collected secondary boreholes pumping  test data. Methods used  in  this 

study are described  in Castany  (1982), Kruseman and De Ridder  (1991), and also  in 

Fetter  (1994).  For  this work,  step drawdown  test,  constant  rate  test  and  recovery 

test data have been gathered from governmental offices, and private companies.  A 

pump  test data base of about 41  secondary boreholes pump  test data’s which are 

assumed to be representatives to the Plateaux Basalt of Quaternary Volcanics of Trap 

series  were  assembled  (See  Appendix  A).  The  wells  are  of  various  depths  and 

penetrate various thicknesses of the saturated Plateau Basalt formation.  

 

Out  of  the  41 wells  of  the  Plateau  Basalt  Formation,  29  (twenty  five) wells  have 

recorded  recovery  test data and  the  remaining wells have not been  recorded with 

the recovery test data and also from 41 wells 25 of them have a recorded more than 

three steps of pump test to determine the discharge of constant rate discharge test 

(Table 1).  

 

All  the  collected  secondary well pumping  test data’s were applied on one well  for 

pumping and an observation pipe for measuring the water  level data’s through the 

Page 58: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

44 

 

same well.   Both constant  rate pumping  tests and  recovery  tests were analyzed  to 

determine the transmissivity of Plateau Basalt formation aquifer systems. A task was 

undertaken to find the best relationship between transmissivity and specific capacity, 

for  the 25 wells which were  subjected  to both constant  rate and/or  recovery  tests 

and step drawdown tests.  

Table 1: Number of wells and types of pumping test undertaken in Plateau Basalts in 

Ethiopia  

                 

Aquifer  Age  Total 

BHs 

 C.R.T  R.M.T  S.DD.T 

Quaternary Plateau 

Basalts  

 Pleistocene  41  41  29  25 

 

4.2 Time Verses Drawdown plots 

 

The  total  of  41  boreholes  pumping  test  data  has  been  collected  from  different 

organization with Time and drawdown are plotted  in  semi‐log and double  log and 

compared with the diagnostic type curves to identify the formation aquifer category 

and  to  classify  the  aquifer  types  for  selection  of  proper  pump  test  data  analysis 

methods. Accordingly, the result shows that, the Plateau Basalt formation in general 

can be categorized as consolidated  fractured aquifer which  is dominantly confined 

aquifer  type  with  leaky  or  recharge  boundary,  barrier  boundary,  double  porosity 

Page 59: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

45 

 

fracture and single plane vertical  fracture aquifer systems.  (Figure 7; Graph‐ A & B, 

Figure 8; Graph‐ C & D, Figure 9 & Figure 10) 

     

 

Figure 7:‐ Graph‐A & B; Double log plot of Time versus drawdown data's of Quaternary 

Plateau Basalts; "A" shows Leaky or Recharge boundary & "B" shows Confined type curves 

Page 60: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

46 

 

 

 

 

Figure 8:‐ Graph‐C & D; Double log plot of Time versus Drawdown data's of pumping test in 

Quaternary Plateau Basalts indicating Confined Double porosity fracture aquifer  

Page 61: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

47 

 

 

Figure 9:‐ Graph of Double log plot of Time versus Drawdown data's of constant pumping 

tests in Quaternary Plateau Basalts showing Confined Single Plane verical fracture aquifer 

type  

 

 

Figure 10:‐ Graph of  Double Log plot of Time versus Drawdown data's of constant pumping test of 

Quaternary Plateau Basalts formation indicating confined with Barrier boundary aquifer type curves  

 

Page 62: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

48 

 

4.3 Determination of Transmissivity of the Quaternary Plateau Basalts from 

Constant & Recovery test  

Constant  rate pumping  tests  and  recovery  tests were used primarily  to determine 

transmissivity  of  the  Plateau  Basalts  of  Quaternary  Formations  aquifer  systems. 

Whenever  feasible,  the  storage  coefficient was  also determined.  These  tests were 

also  interpreted  to  recognize  the  boundary  effects  of  the  aquifers.  The  pumping 

times are rather different for each formation and vary between 10 to 72 hours. Single 

pumping well  test  data’s  can  be  analyzed  using  standard  Theis  analysis method, 

Papadopoulos  –  Cooper  analyses  method,  Theis  with  Jacob  correction  analyses 

method  and Double  porosity  analyzing methods  are  used  to  analyze  the  constant 

yield  test  data’s.  The  Theis  equation  (Thiess  1935)  was  applied  to  determine 

transmissivity and storage coefficient  for both  the steady state and unsteady state 

flow data’s. Recovery data were  interpreted using  the Theis  recovery method. The 

layout  of  drawdown  curves  shows well‐bore  storage  effects  at  the  beginning  of 

pumping followed by a straight‐line evolution in semi log graphs. This linear evolution 

is  then affected by changes  in slope as a  result of boundary effects,  in some cases 

when  the pumping  time  is  increased,  the  curves become  similar  to  the  theoretical 

Theis  curve  in  the  lo‐log  plot. According  to whether  the  aquifer  exhibits  recharge 

boundaries  (or  high  transmissivity)  or  barrier  boundaries  (or  low  transmissivity), 

drawdown evolves towards a Stabilized or an increased slope, respectively (Figure 11, 

12 & 13). 

 

Whenever  possible,  recovery  test  data  should  be  taken  to  verify  the  accuracy  of 

pumping  test  data’s,  often,  the  recovery  data’s will  be more  reliable  because  no 

pumping  is  required.  A  recovery  test  is  undertaken  to  determine  aquifer 

Page 63: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

49 

 

characteristics, based on rising water  levels (recovery) after the pump  is turned off 

after a constant discharge  test. A  recovery analysis uses  the average pumping  rate 

during the pumping period and, therefore, the recovery data are unaffected by short 

period flow variations during the pumping period. It  is a useful check of aquifer test 

parameters derived from the pumping period. A recovery test starts at the moment 

the pump is turned off and continues until water levels recover to at least 80% of the 

initial static level. Water level measurements are made more frequently immediately 

after the pump is turned off and less frequently with time as for a constant discharge 

test. A recovery test is particularly useful for the following reasons:  

Constant  discharge  during  pumping  is  sometimes  difficult  to  achieve, 

particularly  during  the  first  few minutes  of  pumping.  Recovery  occurs  at  a 

constant rate, and can be used to independently verify results from early time 

data 

If the pump unexpectedly fails, the subsequent recovery data can  instead be 

used for analysis, providing good records of the pumping rates are kept 

If test results for the pumping period appear anomalous, a recovery test can 

independently verify aquifer characteristics 

Single well tests suffer from turbulence in the pumped well and hence invalid 

water‐level measurements. Recovery data may result in a better analysis. 

Theis recovery tests may be used for confined, leaky, or unconfined aquifers and are 

described  in Kruseman and de Ridder (1994, p. 194‐197 and p. 232‐233). This method 

yields the following aquifer characteristics: 

Transmissivity [L2/T] 

Storativity (in an observation well). 

 

Page 64: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

50 

 

From  recovery  data  analyses,  we  can  determine  the  aquifer  transmissivity which 

gives us a check on the results obtained from the data collected during the pumping 

period. Moreover, analyses of recovery data’s have the advantage that the pumping 

discharge  rate  is  constant  and  it  can  be  considered  equal  to  the  mean  rate  of 

pumping discharge during pumping. This means that drawdown variations resulting 

from slight differences  in the rate of pumping are eliminated. Also, the recording of 

recovery data helps  in assessing the response and extent of the aquifer concerned, 

that is, for an aquifer system which is to be exploited for groundwater, the recovery 

levels must be adequate and yet  recovery measurements  should be  recorded with 

the  same  frequency  as  those  taken  during  the  constant  yield  test  portion  of  the 

aquifer and/or well test.  

 

The analysis of a recovery test is based on the principle of superimposition. Applying 

this  principle,  we  assume  that,  after  the  pump  has  been  shut  down,  the  well 

continues to be pumped at the same discharge as before and an imaginary recharge, 

equal to the discharge, is injected in to the well. The recharge and the discharge thus 

cancel each other, resulting in an idle well as is required for the recovery period. The 

Theis  recovery  method  is  widely  used  for  the  analysis  of  recovery  tests.  Strictly 

speaking, this method is only valid for confined aquifers which are fully penetrated by 

a  well  that  is  pumped  at  a  constant  rate.  Nevertheless,  if  additional  limiting 

conditions are satisfied, the Theis method can also be used for leaky aquifers.   

 

The statistical summary of transmissivity values deduced from these tests is provided 

in Tables 2. The transmissivity values of the Plateau basaltic aquifers range between 

0.5655 m2/day  to 4600 m  2/day.  The  type  curves which  represent  confined  aquifer 

with  recharge boundary and barrier boundary, confined double porosity and single 

Page 65: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

51 

 

plane, vertical fractured aquifer systems of the Quaternary Plateau basalts formation 

are presented b in Figure 11, 12 and 13. 

 

Figure 11:‐ Graph of Confined Aquifer System with leaky or recharging boundary 

 

Figure 12:‐ Graph of Confined Double Porosity Aquifer System 

Page 66: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

52 

 

 

Figure 13:‐ Graph of Confined aquifer with barrier boundary 

 

Table 2: Statistical Summary of T (m2/day), K (m/day) and Storativity deduced from 

Constant rate & Recovery monitoring tests 

Description   Transmisivity, 

T(m2/day)  

Conductivity, K (m/d)  Storativity  

From 

Constant 

Rate 

Test 

From 

Recovery 

Test 

From 

Constant 

Rate 

Test 

From 

Recovery 

Test 

From 

Constant 

Rate 

Test 

From 

Recovery 

Test 

Plateau Basalts 

Minimum   0.5655  11.1  6.19E‐05   2.69E+00  1.32E‐07    

Maximum   4600   285  1.80E+01 

  

8.79E+00  0.284    

Mean   398.26  89.4  2.20E+00   2.50E‐01  2.73E‐02    

Page 67: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

53 

 

4.4 Estimation of Transmissivity from Specific Capacity Data 

 The specific capacity of a well (Q/s, m3 /day/m) is defined as the ratio of discharge (Q, 

m3 /day/m) to drawdown (s, m) at the pumping well for a given time. Many authors 

were  interested  in  the  theoretical  and  empirical  relationships  between  aquifer 

transmissivity and well specific capacity. Note that, specific capacity is readily can be 

calculated using a single pair of pumping rate and drawdown values for a given time. 

Theoretical relations are briefly reviewed. 

4.4.1 Theoretical Development 

 The Dupuit‐Theim equation (Dupuit 1863; Kruseman and de Ridder 1991), which gives 

the drawdown (Sw) in a well with 100% efficiency, for steady state conditions, is:   

S = Q/2∏T ln (R/r) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐1 

Where: 

 S=is drawdown in the well (m);  

Q= is constant discharge rate (m3 /day);  

T= is aquifer transmissivity (m2 /day);  

R is radius of influence of the well (m); and  

r= is radius of the well (m). 

Thomason  et  al.  (1960)  solved  Equation  (1)  for  transmissivity  (T)  for  steady  state 

conditions and showed that it should be linearly related to specific capacity (Q/s):   

  T = (Q/s) 1/2∏ In (R/r) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐2 

Or   T = C (Q/s) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐2a 

They  noted  that  the  constant  C  varies  from  0.9  to  1.5  and  averaged  1.2  for  self 

consistent units of specific capacity and transmissivity. Theis (1963) and Brown (1963) 

arrived at a similar range of values for the constant C. 

Page 68: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

54 

 

Equation (1) shows also that, in a well with 100% efficiency, the drawdown s is linearly 

proportional to the discharge rate Q and can be written:   

S = BQ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐3 

Where:  

B (m /day) = is the laminar head‐loss coefficient. 

 

However, Eq. (1) does not take  into account the effect of turbulent head  loss  in the 

well  bore  and  gravel  pack.  The  gravel  pack  and  well  screen  can  increase  flow 

velocities, which often produces turbulent flow. Jacob (1950) suggested that in most 

cases, the total drawdown in a well may be expressed by:   

Sw = BQ + CtQp  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐4 

Where: 

  Sw= drawdown inside the well 

B=  (m/day)  is  laminar  (linear) well‐loss coefficient given by  the Dupuit‐Thiem 

equation 

Ct = [m2/day)] is turbulent (non‐linear) head‐loss coefficient 

Q= Pumping Rate 

P=Non‐linear well  loss fitting coefficient which typically varies from 1.5 to 3.5 

and depending on the value of Q: Jacob proposed a value of p=2 which is still widely 

used today.  

Under these conditions, the linear analytical relationship of equation (2) T vs. (Q/s) is 

not  valid  anymore  and  transmissivity  cannot  be  evaluated  in  a  simple way. When 

drawdown  in  the well  is  aggravated by  turbulent head  losses  and using  again  the 

Jacob Eq. (4), the expression of T becomes:   

  T=1/2∏ ((Q/s)‐CtQt) ln (R/r) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐5 

Page 69: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

55 

 

The  simple  linear  analytical  expression  of  equation  (2)  of  T  vs. Q/s  is  considerably 

altered. In addition, Razack and Huntley (1991), Huntley et al. (1992) and Fetter (1994) 

have  shown  that using  relationship  (2a)  tends  to under predict  transmissivity each 

time  turbulent  head  loss  (coefficient  Ct,  above)  cannot be  neglected. Accordingly, 

before using these relations, it is recommended to proceed to the head loss analysis. 

4.4.1.1 Head Loss Analysis 

 

Laminar head loss coefficient B and turbulent head loss coefficient Ct were evaluated 

for  all  available  step‐drawdown  tests  in  the  Plateau  Basalts  of  volcanic  aquifers. 

Principles of step‐drawdown tests are described  in Rorabaugh (1953), Mogg (1969), 

Clark (1977) and Forkasiewicz (1978). The minimum, maximum and average values of 

laminar  head  loss  and  turbulent  well  loss  coefficients  B  and  C  respectively  are 

reported in Table (3).and (4).   

 

To  compare  with  the  volcanic  formation  in  Ethiopia  the  value  of  the  maximum, 

minimum  and  average  laminar  and  turbulent  head  loss  coefficients  of  Tarmaber 

formation (Abraha, unpublished Thesis, Addis Ababa University, 2010) was presented 

in table together with the plateau basalts of quaternary age.  

The  turbulent  well  loss  coefficient  C  of  Plateau  basalts  of  Ethiopia  varies  from 

2.30x10‐6  to  1.07x10‐1 with  an  average  of  5.35x10‐3 which  shows  that  averagely  the 

wells in this formation are properly designed. 

 

 

Page 70: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

56 

 

Table 3: Turbulent Well loss coefficient C (day2/m5) determined by Step Drawdown 

Tests 

Aquifer  Min.  Max.  Average 

Quaternary Plateau 

Basalts  

2.30E‐06  1.07E‐01  5.35E‐03 

Tarmaber formation  1.00E‐05  914  206 

 

Table 4: Laminar Head loss Coefficient B (day/m2) determined by Step Drawdown 

Tests  

Aquifer   Min.  Max.  Average 

Tarmaber formation  2.00E‐03  3.24E‐01  0.118 

Quaternary Plateau 

Basalts  

1.61E‐03  4.05E‐02  1.36E‐02 

Table  5:  Shows  the  turbulent head  losses  expressed  in percentage  as  compared  to  total drawdown  in the boreholes, the turbulent  losses (CtQt2) are quite significant and can thus deteriorate considerably the simple analytical relationship between T & Q/S  

Aquifer   Well Efficiency (%) 

(BQ/BQ+CQ2)100 

CQ2/BQ+CQ2*100 

Min.   Max.   Mean  Min.  Max  Mean 

Plateau 

Basalts  

17.37  78.31  54.59  21.69  82.3  46.76 

Page 71: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

57 

 

 

4.4.1.2 Estimation of Transmissivity from Specific Capacity Using Theoretical Methods 

 An  arithmetic  plot  of  Transmissivity  versus  Specific  Capacity  (Graph4.8)  shows  a 

substantial dispersion of  the  data  and  a  very  poor  determination  coefficient  (R2  = 

0.148). Theoretical relations proposed by Thomasson et al (1960) have been plotted 

on  this diagram.  It  is  seen very clearly on  this plot  that,  these  theoretical  relations 

tend in most cases to under predict transmissivity. The log‐log plot (Graph 4.9‐A & B) 

shows  that  in most cases  the  theoretical values are under predicted by more  than 

one order of magnitude  (i.e. by more  than  1.2  log cycle). Such significant deviation 

between  observed  and  theoretical  data  of  transmissivity  can  be  explained  by  the 

importance  of  the  turbulent  head  loss  highlighted  in  the  analysis  of  the  present 

study. The  turbulent head  loss  increase drawdown  in  the production well,  thereby 

decreasing  the  specific  capacity  at  the well.  The  use  of  these  low  values  of  (Q/S) 

would accordingly underestimate transmissivity values. 

 

Figure 14:‐ Graph of Uncorrected Transmissivity versus Specific Capacity values from constant test 

Page 72: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

58 

 

   

 

Figure 15:‐ Graph‐A & B showing Plot of Transmissivity (m2/day) versus Specific Capacity (Q/S, 

m2/day) with Theoretical relations superimposed; “A” Arithmetic plot, “B” Log‐Log plot, 1: T = 

1.5Q/S, 2: T = 1.2Q/S, 3: T = .9Q/S 2

Page 73: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

59 

 

4.4.1.3 Estimation of Transmissivity from Specific Capacity using Empirical Methods 

 

Many  regional  aquifer  studies  are  hampered  by  sparse  measurements  of 

transmissivity.  Therefore,  specific  capacity  is  commonly  used  to  estimate 

transmissivity because specific capacity data are much more abundant  than aquifer 

test  data.  Because  of  such  a  contradiction  between  theoretical  predictions  and 

observed data, the search of transmissivity estimates was directed towards empirical 

relationships. Numerous empirical  relations are  studied and used by experts  in  the 

field with and without correcting specific capacity for turbulent flow.  

Some of these are indicated in table ‐4.7‐below. Authors like Razack and Huntley 1991; 

Huntley  et  al.  1992  and Mace,  1997  proposed  relationships  of  T  vs.  Q/s  without 

correcting  Q/s  for  turbulent  head  loss.  Eagon  and  Johe  (1972)  proposed  first  to 

correct Q/s for turbulent head loss using an empirical relationships between Q/s and 

well loss coefficient Ct and then to estimate T from an empirical relationship between 

T and corrected Q/s.  

 

After correction of Transmissivity and specific capacity for well  losses,  least‐squares 

regression can be used to fit a line to the log transformed values of transmissivity and 

specific capacity variables. This is done by defining  

   = B0 + B1Xi‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1), where, is log transformed transmissivity, where 

in  the  present  case, i  =  log  (Ti)  and  Xi  =  log  (Sc), where  Sc,  is  log  transformed 

specific capacity. 

B1 = SSxy/ SSx, ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1a) 

SSxy =  ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1b)   

SSx =∑ (xi) 2 ‐1/n (∑xi) 2‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1c)  

Page 74: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

60 

 

B0 = Y (mean) – X (mean) ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1d) 

By solving for B0 and B1 using equation (1a) and (1d), respectively, log transmissivity 

can  be  directly  estimated  using  equation  one  above. And  yet  equation  (1)  can  be 

rearranged into, 

  T = 10B0 (Sc) B1‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ (1e) 

From this the, an untransformed transmissivity can be directly calculated. Once the 

best fit line is found, how well the line fits the data can be estimated. The coefficient 

of  determination  (also  called  the  goodness  of  fit)  R2,  describes  how much  of  the 

observed variability of a parameter can be explained by  the  regression model. The 

coefficient of determination can be found  

  R2 = 1 – (SSe/SSy) 

  SSe = ∑ (yi‐Ymean) 2, and SSy = ∑ (‐yi) 2 

 

For this study, constant yield and step drawdown test data’s from 41 boreholes in the 

Plateau Basalts  formation were collected, which conducted constant  rate and  step 

drawdown  tests.  Consequently,  a  search was made  for  an  empirical  Relationship 

between  T  and  uncorrected  Q/s  for  turbulent  head  loss  on  the  one  hand,  and 

between  T  and  corrected  Q/s  for  turbulent  head  loss  on  the  other  hand.  This 

approach also enabled the investigation of whether correcting Q/s for turbulent head 

loss makes  it  possible  to  considerably  reduce  the  uncertainty  on  the  estimates  of 

transmissivity.   

 

 

 

Table 6: Previously studied Empirical relations by different authors 

Page 75: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

61 

 

Authors  Formula  Limitations 

Driscoll, 1986 

And 

BATU 1999 

T = 1.385(Q/sw)  confined aquifer 

Errors of less 

than 7% are 

reported by 

T = 1.042(Q/sw) 

 

unconfined aquifer 

EL‐NAQA,1994  T = 1.81(Q/sw)0.917 

 

Fractured carbonate aquifer 

Mace,1997  T = 1.23(Q/sw)1.05 

 

Carbonate aquifer 

Fabbri(1997)  T = 0.785(Q/sw)1.07 

 

Fractured carbonate aquifer 

Edwards‐Trinity  T = 0.78(Q/sw)0.98 

 

Limestone aquifer 

Razack and Huntly,1991  T = 15.3(Q/sw)0.67 

 

Alluvial deposits 

Robert E. mace,1997  T = 0.76(Q/sw)1.08 

 

Karst aquifers 

Table 7: Specific Capacity not corrected for turbulent head loss 

Page 76: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

62 

 

Aquifer  Min.  Max.  Mean 

Quaternary Plateau 

Basalts  

16  181  75 

Tarmaber formation  1.24  173  32 

        

Table 8: Specific Capacity (Q/S) corrected for turbulent head loss 

Aquifer  Min.  Max.  Mean 

Quaternary Plateau 

Basalts  

0.068  106  30 

Tarmaber formation  17.28  71  29 

         The  search  for  empirical  relationships between  transmissivity  and  specific  capacity 

focused on using directly a log‐log plot which conforms to the lognormal character of 

both variables, widely accepted  in the  literature (Aboufirassi and Marino 1984). The 

best‐fit  line  is reported together with the 95% prediction  interval,  in order to assess 

the  uncertainty  associated  with  the  estimates  of  transmissivity.  The  prediction 

interval is calculated as follows: 

Interval = Yi≠ tα/2 Syz√ (1+1/n+ (xi – (xmean)) 2/∑ (xi‐(xmean)) 2‐‐‐‐‐‐‐ (1) 

Where yi is the predicted value of the dependent variable (here transmissivity) using 

the regression equation; tα is the critical value of the student t distribution; Syz is the 

standard error of estimates; n  is sample size; xi  is  the nth value of  the  independent 

variable (here Q/S) and x (mean) is the arithmetic mean of the independent variable. 

Log‐log  regression plot between  transmissivity and uncorrected  specific capacity  is 

Page 77: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

63 

 

shown  in graph 4.10‐A.  The plot displays  strong  correlation  and  the determination 

coefficient remains high (R2 =0.923).                           

 

 

   

 

Page 78: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

64 

 

   

 

   

 

 

Page 79: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

65 

 

   

Figure 16:‐ Graph‐A, B, C & D of Quaternary Plateau Basalts Aquifer’s Specific Capacity (m2/day) vs. T 

(m2/day)  

A‐ T  vs. Q/S uncorrected  for  turbulent head  loss  in  linear plot  (T  (m2/day  from 

Constant Test) 

B‐ T  vs.  Q/S  corrected  for  turbulent  head  loss  in  linear  plot  (T(m2/day  from 

constant Test) 

C‐ T  vs.  Q/S  corrected  for  turbulent  head  loss  in  log‐log  plot  (T(m2/day  from 

constant Test) 

D‐ T  vs.  Q/S  from  Driscoll's  empirical  relationship  between  T  and  sp.Ca  for 

confined aquifers. 

 

Correcting  specific  capacity  for  turbulent  head  loss  markedly  improves  the 

relationship between  transmissivity and  specific  capacity  (Figure  16:‐ Graph‐B & C). 

The determination coefficient  is a much higher      (R2 =1).The 95% prediction  interval 

span  doesn’t  show  an  observable  change  in  the  log  cycle  confirming  the  original 

transmissivity and specific capacity had good correlation.   However this by itself has 

Page 80: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

66 

 

reduced the available uncertainty on the estimates of transmissivity. The best‐fit line 

to these data is:   

     

 

 

This  relationship extends  the  lower  limits of  transmissivity values over  four  to  five 

orders  of magnitude  and  three  to  four  orders  of magnitude  of  specific  capacity 

values’  by  upgrading  the  underestimated  and  minimizing  the  overestimated 

transmissivity  and  specific  capacity  values.  Therefore,  it  allows  the  transmissivity 

values  to  be  estimated  from  specific  capacity  with  acceptable  accuracy. 

Consequently, the relationship of equation (7) above , where transmissivity values is 

used from constant yield test results, is  used to supplement the database concerning 

the transmissivity of the Plateau Basalt formation    in wells where transmissivity had 

not been evaluated but where corrected specific capacity was available.  

  

Table 9: Variation of Transmissivity (m2/day) values from constant pumping test in the Quaternary Plateau Basalts & Tarmaber basaltic Formations 

Aquifer  Minimum  Maximum  Mean 

Quaternary Plateau 

Basalts  

0.5655  4600  290 

Tarmaber formation  3.1  1940  101 

        

 

 

 

T=14(Q/S) 0.90_____________________________ (7)

Page 81: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

67 

 

Table 10: Variation of Transmissivity (m2/d) values from corrected Specific capacity in Quaternary Plateau Basalts &Tarmaber Formations 

Aquifer  Minimum  Maximum  Mean 

Quaternary Plateau 

Basalts Formation   

1.24  1510  272 

Tarmaber formation  27.8  718  301 

       

 

4.5 Specific Capacity Verses Aquifer Thickness 

 

From Walton  (1970)  description,  by  calculating  the  specific  capacity  index  (Si)  for 

each wells, segregating the wells into categories based on the formation penetrated 

depth,  and  comparing  the  distribution  of  the  specific  capacity  index  for  the wells 

which are categorized depth wise  into, shallow (less than 90m depth),  intermediate 

depth (90m to 150m) and deeper depth (greater than 150m).  

Based  on  these  categories,  the  Plateau  basalts  have mean  specific  capacity  index 

value of 21.0827m/day  for  the shallow wells,  12.55m/day  for  the  intermediate depth 

wells (90<D<150m) and 0.519188m/day for the deeper wells (>=150m).  

This  implies  that as a depth  increase  in Plateau basalts  the aquifer specific capacity 

index value will decrease. The specific capacity  index value also shows a decreasing 

trend  with  increasing  boreholes  depth  which  indirectly  implies  that,  shallow  to 

intermediate depth of the Plateau basalts have better aquifer productivity than the 

deeply buried basalts. Therefore, the specific capacity  index verses Boreholes depth 

relationship  of  the  Plateaux  basalts  directly  agrees  with  the  decrease  of  the 

transmissivity as boreholes depth increases. 

Page 82: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

68 

 

Table 11: Specific Capacity index of Quaternary Plateau Basalts 

Aquifer   Sci       

   Min.  Max.  Mean 

Quaternary Plateau Basalts 

Formation  0.0157  299.51  16.1624 

4.6 Well Yield and specific capacity  

Collected and analyzed yield and specific capacity of 41 wells on Quaternary Plateau 

Basalts  formation  shows  that  it  has  moderate  to  high  aquifer  productivity  .A 

comparison of the national classification of yield and aquifer productivity developed 

by  Cherinet  1988 with  the  data  from  the Quaternary  Plateau  Basalts  formation  is 

considered for classification and characterization (Table 12).  

Table 12: productivity of Ashange formation as compared to National Aquifer productivity 

Aquifer  Specific capacity(L/sec/m)  Estimated optimum yield(L/sec) 

Productivity Ranking 

Range  mean  median  Range  mean  median   

National Aquifer productivity 

0.2‐7.6  3.3  2  1.8‐68.4  29.7  18  High 

0.05‐1.1  0.53  0.13  0.45‐9.9  4.8  1.2  Moderate 

0.006‐0.5  0.1  0.04  0.05‐4.5  0.9  0.4  Low 

Quaternary Plateau Basalts  

0.185‐2.09  0.87  0.09  0.8‐18  5.48  4  Moderate to High 

 

Page 83: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

69 

 

According to the National Aquifer Productivity classification the discharge or yield of 

Quaternary Plateau Basalt  ranges  from 0.8  t0  18l/s with an average value of 5.48l/s 

and a specific capacity range of 0.185‐2.09 with an average of 0.87(L/Sec/m). This will 

indicates  that  the  formation  can  be  categorized  as moderate  to  high  productivity 

ranking and also as compared with the results of yield and specific capacities of SMEC 

2007 aquifer around Lake Tana (See table 13 below); it shows relatively similar result 

or conclusion in the Quaternary Basalts. 

Table 13: yield and specific capacity values of major aquifers by (SMEC2007) 

Aquifer  Specific capacity(L/sec/m)  Estimated optimum yield(L/sec) 

Range  Mean  Median  Range  Mean  Median 

Quaternary alluvials  0.02‐0.53  0.28  0.33  1.3‐6.5  4.14  4.06 

Quaternary basalts  0.034‐6.43  0.65  0.11  1‐10  3.85  3.1 

Tarmaber basalts  0.018‐3.31  0.25  0.14  0.7‐16.8  3.63  2.78 

Ashange and Aiba basalts  0.008‐1.49  0.27  0.11  0.67‐17  4.2  2.68 

Page 84: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

70 

 

CHAPTER FIVE  

5. DISCUSSION 

5.1 Aquifer Characterization 

 

Well  log data and  the  single pumping well  test,  time verses drawdown plot clearly 

shows  that,  the  shapes  of  the  curves  of  Plateau  basalts  refers  to  consolidated 

fracture  aquifer  category which  is  dominantly  confined  aquifer  types with  double 

porosity,  barrier  boundary,  leaky  or  recharge  boundary  and  single  plane  vertical 

fracture  aquifer  systems. On  a  double  logarithmic  paper  plots  ,  the  shape  of  the 

double porosity aquifers  resemble  those of  the unconfined and/or semi‐unconfined 

unconsolidated aquifers with delayed yield response having an ‘S’ shape type curve . 

The  consolidated  fractured  aquifer  category  refers  to  confined,  densely  fractured, 

consolidated  aquifers  of  the  double  porosity  type which  is  dominantly:  Confined, 

Double porosity fractured aquifer system and single plane, vertical fractured aquifer 

system. The double porosity aquifer type is mainly related to the deeply drilled wells 

of  Plateau  basalts  which  refer  to  presence  of  many  large  and  narrow  fracture 

systems  which  have  high  permeability  but  lower  storage  capacity.  In  a  double 

porosity  fractured aquifer  systems, we  can  recognize  two  systems:  the  fracture of 

high  permeability  and  low  storage  capacity,  and  the  matrix  blocks  of  low 

permeability and high storage capacity. The flow towards the well in such a system is 

entirely through the fractures and  is  in an unsteady state. The flow from the matrix 

blocks in to the fractures is assumed to be in a pseudo‐steady state. 

 

Page 85: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

71 

 

 A characteristic’ of the flow  in the double porosity fractured aquifer system  is that 

three time segments’ can be recognized.  

Early  pumping  time;  when  all  the  flow  comes  from  a  storage  in  the 

fractures 

Medium pumping time; a transition period during which the matrix blocks 

feed  their  water  at  an  increasing  rate  to  the  fractures,  resulting  in  a 

(partly) stabilizing drawdown 

Late pumping time; when the pumped water comes from storage  in both 

the fractures and the matrix blocks 

 

The  concept of double porosity  is  applied  to  this  consolidated  (hard  rock)  aquifer 

categories. This means that two fractures or joint systems can be distinguished : one 

system with (a few) large and wide joints and fractures with a high permeability and 

another system   with many small pores,  fractures or  joints with a  low permeability 

but appreciable amount of storage. 

 

The  flattening  of  the  curve  reflects water  contribution  of  the  second  system  that 

begins to take effect. As  indicated  in (Figure 11) above, the purely confined aquifers 

curve  shows  that,  during  the  early  time  pumping  periods  there  is  recharging 

boundaries that take an effect which later be eliminated during the medium and late 

time  pumping  periods, while  the  curve  indicated  in  (Figure  12)  above,  the  purely 

confined aquifer curve shows that, there is a barrier boundaries which takes an effect 

throughout  the  pumping  period.  In  the  double  porosity  fractured  aquifer  system 

curves  (Figure  13)  above,  there  is  a  recharging  boundary  which  take  an  effect 

throughout the pumping duration.  

 

Page 86: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

72 

 

The curves for the single plane vertical fracture aquifer system (Figure 9), refer the 

fracture has  a  finite  length  and  a high hydraulic  conductivity. Characteristic of  this 

system  is that a  log‐log plot of early pumping time shows a straight  line segment of 

slope 0.5 (Figure 9). This segment reflects the dominant flow regime in that period is 

horizontal,  parallel  and  perpendicular  to  the  fracture.  This  flow  regime  gradually 

changes, until, at late time, it becomes pseudo‐radial. The shapes of the curves at late 

time resemble those of the double porosity fractured aquifer systems. The first part 

of  this  curve  is  generally  flatter  than  the  curves  for  confined  unconsolidated  rock 

aquifers.  

This curve is based on pumping tests carried out in a pumped well located in a vertical 

highly  permeable  fracture  (e.g.  fault  zone).  The  coefficient  of  permeability  of  the 

surrounding country rock is much lower.  

During pumping test, when recharging boundary is encountered, on the time verses 

drawdown graph, slope of the curve becomes flatter. Transmissivity calculated from 

the  flatter  slope will be  higher  than  the  true  value.  Extending of  the  flatter  slope 

gives a value for to that is too low. Storage coefficient calculated from this figure will 

be lower than the correct value. And yet, when barrier boundary is encountered, on 

the  time  verses  drawdown  graph,  the  slope  of  the  curve  becomes  steeper. 

Transmissivity  calculated  from  the  steeper  slope will be  lower  than  the  true value. 

Extending  line  of  the  steeper  slope  gives  a  value  for  to  that  is  too  high.  Storage 

coefficient calculated from this figure will be higher than the correct value. 

 

During the analyses of the constant yield test data’s, standard Theis analyses method 

assumes  that  well  bore  storage  effect  is  negligible  while  Papaduplose  –  Cooper 

analyses method take in to account the well bore storage effects, however, ignoring 

the well  bore  storage  effect which  occurred  on  the  pumping well  during  the  test 

Page 87: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

73 

 

duration will  result  in  low  computed  aquifer  parameter  values which  again  could 

result in high aquifer and well loss coefficient values. 

 

The analysis of the Ashange basalts step drawdown tests clearly shows that, the 

wells have highly variable efficiency and well loss coefficient values which directly 

reflect the effect of: 

Improper well design and construction factors 

Functional  wells  yield  deterioration  due  to  clogging,  corrosion  and 

incrustation of the well screens 

Improper  location  of  well  site  with  respect  to  the  effect  of  the  Palo‐ 

morphological set up of the formation outcrop 

5.2 Transmissivity of Plateau Basalts Formation 

 Summary statistics of transmissivity values for Plateau basalts is provided in Tables 2. 

In  addition,  the  Cumulative  frequency  distributions  of  transmissivity  data  in  a  log‐

probability diagram are plotted for aquifers (Figure 17). Even though high degree of 

fracturing and  faulting enhance  the productivity of  the Quaternary Plateau Basalts 

formation,  weathering  and  other  volcanic  activities  still  play  a  negative  role  of 

reducing productivity and permeability. The transmissivity of the Quaternary Plateau 

Basalts formation from constant rate test shows that it varies from 0.5655m2/day to 

4600m2/day  with  a mean  value  of  398.26m2/day. While  the  recovery monitoring 

which is noting down the drawdown after a pump is switched off and represent the 

real condition varies from 11.1m2/day to 285m2/day with a mean value of 89.4m2/day. 

 The columnar vertical fissures developed in the alkaline and rhyolitic basalt, enhance 

groundwater  recharge  and  flow  into  the  ground  and  fracturing  of  this  columnar 

Page 88: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

74 

 

basalts  allow horizontal groundwater  flow  and hence  the  transmit plateau Basalts 

were  erupted  following  a  pre‐existing  structures  which  also  increases  the 

transmissivity  and  hence  productivity  of  the  formation  which  create  a  suitable 

situation for ground water availability. 

 

Figure 17:‐ Graph of Transmissivity versus Cumulative Frequency 

 

5.3 Transmissivity Variation within the Quaternary Plateau Basalts Formations 

 The  plot  of  the  representative  step  drawdown  tests, Drawdown  verses Discharge 

rate,  clearly  shows  that  there  is  an  increase  of  well  drawdown  with  increasing 

variable pumping discharge  rate which directly correlates with  the decrease of  this 

alkaline  and  rhyolitic  basalts  aquifer  productivity with  drilled  boreholes  depth  and  

age of the formation. And yet the boreholes yield from the central massive highland 

plateau areas have  low yield as compared to the boreholes yield  located near Tana 

Grabens areas.                

Page 89: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

75 

 

 The older the basaltic formation, the lower will be its transmissivity. These positive or 

negative  changes  in  transmissivity  are  due  to  weathering  and  other  surface  & 

subsurface  effects,  volcanic  and  tectonic  activities  and  the  location  of  geological 

units in relation to active tectonic zones. Some of these activities like weathering and 

volcanic activity play  the  role of decreasing  transmissivity while  fracturing,  faulting 

and other tectonic activities increase transmissivity value.  

 It seems that when rifting occurred, the opening of fractures under tectonic stresses 

was the major factor, and as volcanic units moved progressively away from the rifting 

area, weathering effects became dominant and disappeared progressively when the 

area  reached  stable  tectonic conditions. These changes are believed  to have  taken 

place relatively quickly in time. 

 

Figure 18:‐ Graph of Transmissivity (m2/day) Versus Well Depth (m) 

 

Page 90: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

76 

 

   

   

Figure 19:‐ Graph‐A, B, C & D Showing Specific Capacity index (Si) versus Borehole Depth (m); “A” 

Shallow wells (≤100m), “B” Intermediate depth wells (100<x≤150m), “C” Deeper wells (>150m) & D: 

General trend showing a decrease in Sci as Depth increases  

B

C  D

Page 91: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

77 

 

The  quaternary  Plateau  Basalts  have  a  minimum  and  maximum  specific  capacity 

index (Si) value of 0.0157m/day and 299.51 respectively with a mean value of 18.62 for 

shallow  wells  (<=100m),  0.066m/day  and  98.62m/day  with  a  mean  value  of 

20.18m/day  for  intermediate wells  (100‐150m)  and minimum  value of 0.0472m/day, 

maximum value of 2.10m/day with a mean value of 0.514  for deep wells of greater 

than 150m.  

 

The trend of the specific capacity  index  in shallow wells shows a n  increasing order 

while  it shows a decrease  in specific capacity  index as depth  increases which will be 

observed in intermediate and deeper wells .Since the maximum well depth within the 

data  range  is not more  than 300m,  the  trend of specific capacity  index versus well 

depth within this range shows that an  increase  in depth will decrease in the specific 

capacity index which confirms higher aquifer productivity for wells having moderate 

to  shallow  depths  in  the  Quaternary  Plateau  Formation  depth.  The  overall mean 

specific capacity index for the Quaternary Plateau formation in general is 16.16m/day. 

This  also  justifies  that  the  aquifer  productivity will  increase  in  a  younger  volcanic 

formation as depicted from older basaltic formation of Tarmaber formation of mean 

specific capacity index value of 0.305m/day (Abraha, 2010).  

5.4 Spatial Variations in Aquifer Characteristics of the Quaternary Plateau Basalts  

 

The Plateau Basalts of Quaternary in Ethiopia have an extensive surface outcrop and 

aerial extent with spatial distribution pattern throughout the country. Groundwater 

in  this  basaltic  formation  mainly  occurs  in  contact  zones,  along  dyke  swarms, 

scoriacious  unit  and  in  weathered  volcanic  materials.  The  volcanic  rocks  of  the 

Page 92: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

78 

 

Plateau  basalts which  form  the western  and  eastern  highlands  bear  considerable 

amount  of  secondary  porosities  and  permeability  resulting  from  the  effects  of 

extensive weathering, jointing, faulting and fracturing.  

 

The yield of the aquifers from the plateau basalt group rocks varies from o.7 to17lt/s. 

Plateau Basalts outcrop  as plain  forming  flat  lying plain,  rugged  terrain with  some 

peaks  and  deep  gorges  and  intermountain  basins.  At  places,  their  paleo 

morphological set up make difficult to explore and further develop the groundwater 

resource  associated within  the  formation.  The weathering  in  the  aphanitic  basalt 

penetrates along the vertical, polygonal and columnar  jointing. Calcareous materials 

or rarely siliceous materials fill the fissures  in the aphanatic basalt. Aphanatic basalt 

consists of very steep relief and cliff  in the surface. Under cliffs are developed talus 

and colluviums.  

 Emergence of springs of significant discharge at the rift escarpment from the Plateau 

basalts suggests the productivity of the Aquifer systems. The flows  in these basalts 

are  sometimes  tilted  and  are  highly  fractured  and  faulted  giving  appropriate 

condition for ground water  infiltration and movement with respect to the overlying 

basalts (Merla et al., 1979).  

Their groundwater occurrence, localizations and movement is highly controlled by: 

The degree of fracturing , weathering 

The paleo morphological set up of the formation outcrop 

The nature, extent and orientation of the associated main structural features 

The  architectural  stratigraphic  inter  relationships  of  the  overlying  and 

underlying other formation  

Page 93: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

79 

 

5.5 Comparison of Plateau basalts of Quaternary Formations Aquifer Characteristics 

with other Large Volcanic Province Rocks 

 

The  trend  of  transmissivity  values  with  age  is  compared  in  graph  5.4  below  for 

different  continental  flood  basalts  of  the world.  Younger  volcanic  rock  in Djibouti 

known  as  Dalha  (3.4‐9Ma)  has  a  transmissivity  value  of  (1570m2/day,  Moumtaz 

Razack,2004).Colombian river basalt group(CRBG)  is another recent basalt when  its 

eruption occurred from about 6 to 16Ma, mostly over a short time period centered 

around  15Ma(Randall  E.brown  1983  and  references  there  in).  As  estimated  by 

J.J.Vaccaro  on  the  basis  of work  by  Drost  and Whiteman  (1985),transmissivity  of 

CRBG commonly ranges from about 2,000 to 100,000 m2/d with the extreme values 

of o.15 and 200,000m2/d and an average of about 7,600m2/d  . The     Deccan volcanic 

rock  of  India(64Ma)    have  an  average  transmissivity  value  of  234  m2/d  (Robert  

E.Mace,2000).Jiri  Krasny  and  John Maccolm  Sharp(2007)  in  their work  on  ground 

water  in fractured rocks had estimated the range of transmissivity values of Parana 

flood basalts  in   Southern Brazil (120‐130 Ma) from 200 to 800 m2/d with an average 

value of  300 m2/d. Transmissivity varies  from  5  to  150 m2/d  for  the  relatively older 

karo volcanic rocks(198‐204ma) in the southern part of Africa (Reynders et al 1985).  

In this study, average of the minimum and maximum value of transmissivity values of 

the  Ethiopia  Quaternary  Plateau  basalts  (Qb1),  having  an  age  of  ~  1.8  to  2.2Ma 

(Pleistocene), is calculated as 5350.002m2/day. 

 Generally the above condition proves that as volcanic rock formation gets older and 

older,  its  hydraulic  properties  including  transmissivity,  permeability  and  hydraulic 

conductivity value goes decreasing.  (Figure 20)  .This may be  related  to  the gradual 

Page 94: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

80 

 

closing up of open spaces like fractures by secondary materials hindering free flow as 

well as storage of water. 

 Hydraulic conductivity of major basalt units  in the Colombian river basalt group was 

estimated  (Randall  E.brown  1983  and  references  there  in).It  ranges  from 0.002  to 

1,600 m/d and average about 18m/d. However for the younger Ethiopian Quaternary 

Basalts,  conductivity  varies  from  0.25  to  8.79m/d with mean  value  of  2.69m/d  as 

obtained from Theis recovery analysis methods. 

 

Figure 20:‐ Graph of Transmissivity of Quaternary Plateau Basalts formation compared to 

Transmissivity value of other continental flood basalts of the world 

 

 

 

Page 95: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

81 

 

5.6  Cost Implication for Groundwater Resource Developments 

 

It is reported in many works of ground water investigation and development projects 

in different parts of Ethiopia that the available amount of groundwater reserve is not 

appropriately known and exploited. The depth at which good quantity and quality of 

groundwater will be exploited in relation to the geologic formation is not well known 

particularly  in our  country,  Ethiopia.  This  study,  in Quaternary Plateau Basalts, will 

highlight the depth to which an economically fare and high productive groundwater 

to be exploited including the well loss coefficients. 

There is also a situation where boreholes will be abandoned after a huge amount of 

money  is  invested  because  high  well  and  aquifer  loss  values make  it  difficult  to 

understand the true potential productivity behaviors of aquifers.  

 

Figure  18  and  Figure  20:‐ Graphs‐A,  B,  C & D  above  plotted  for  transmissivity  and 

specific  capacity  index  versus  borehole  depth  reveals  that  wells  with  shallow 

(<=100m)    and  deeper  (>150m)  depth  have  higher  aquifer  productivity  than 

intermediate  wells  (100m<X<150m).  This  shows  that  from  sustainability  and 

economical point of view shallow depth wells are preferable and if not deeper depth 

are also  recommended  for not  to stop developing groundwater  if  the  intermediate 

ones are not satisfactory. 

In  general,  considering  that  depth  classification  is  relative,  shallow  wells  have  a 

problem  of  partial  aquifer  penetration  giving  rise  to  reduced  productivity  and 

relatively prone to pollution problem. Dipper wells of more than 300m need further 

Page 96: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

82 

 

study as  the general  trend of  the specific capacity versus well depth  indicates  that 

the productivity will decrease as depth will increase more and more.  

Page 97: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

83 

 

CHAPTER SIX  

6. CONCLUSIONS & RECOMMENDATIONS 

6.1 Conclusions 

 Due  to  the  rapidly  growing  demand  and  decreasing  availability  of water,  ground 

water is becoming the dependable source to be explored and developed to improve 

the socio‐economic and cultural well being of the Ethiopian society especially in areas 

where there is limited access to surface water. Identification and characterization of 

the main different  types of Groundwater Aquifer  systems will  thus help greatly  to 

develop the existing groundwater potential of the country. This study has quantified 

the  hydraulic  properties  of  Plateau  Basalts  of  Ethiopian  highland  plains  formation 

including specific capacity, hydraulic conductivity, well efficiency and  transmissivity. 

Based on the aforementioned analysis and results, the following conclusions can be 

drawn: 

The occurrence of ground water depends not only on  the nature of  rocks 

but also in their geologic history. 

The aquifer of Quaternary Plateau Basalt is categorized as moderate to high 

yield and specific capacity. Yield of boreholes range from very low (0.7ltr/s) 

to  very  high  (17ltr/s).Therefore,  this  unit  is  considered  as  a moderate  to 

highly productive aquifer. 

Analysis  results  of  raw  pumping  test  data  from  a  data  set  of  41  boreholes 

show  that  the maximum  and minimum  transmissivity  value  is  4600m2/day  

and 0.655m2 /day respectively and a mean value of 290m2/day. 

Page 98: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

84 

 

Measured  and  analyzed  transmissivity  values  indicate  that  transmissivity 

decreases with  increasing  borehole  depth  and  age  of  formation  resulting 

from  differential weathering  and  hydrothermal  activities.  This  shows  that 

intermediate depth wells are advisable and economical to drill for domestic 

as well as other social purposes. 

The transmissivity  from specific capacity values after corrected  for turbulent 

flow  having  a  determination  coefficient  of  R2  =  0.923  which  shows 

improvement  in  the  empirical  relationships  between  transmissivity  and 

specific  capacity  is  1.24m2/day  of minimum,  1510m2/day  of maximum  and 

272m2/day of mean value  

The best fit regression equation for the Quaternary Plateau Basalts aquifer  is 

T=14(Q/s)  0.90  where  T  (m2/day)  is  estimated  transmissivity  and  (Q/S)  is 

corrected specific capacity in (m2/day). 

The comparison of the Ethiopian Plateau Basalts formation having an age of 

Pleistocene (1.8‐2.2Ma, but not exactly dated), with other younger and older 

continental  flood  basalts  proved  that  younger  flood  basalts  have  higher 

aquifer productivity  than  their older  counterparts.  The decrease of  aquifer 

productivity  through age  is due  to  factors  such as  long  term hydrothermal 

processes, weathering effects, and other volcanic activities  that hinder  the 

movement of water through it. 

 

6.2 Recommendations 

An  understanding  of  the  regional  and  local  hydrogeological  setup  and  its  petro‐

graphic condition is necessary for the future development of ground water resources 

of  an  area. Geologic  structures  like  faulting  and  fracturing most  likely  control  the 

Page 99: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

85 

 

ground water movement in the study area. Sufficient knowledge of the ground water 

systems  is also  important  for  siting or  selecting a borehole  for  safe, adequate and 

sustainable ground water supply for various uses as well as to the desired purposes. 

Further works  are  recommended  to be  studied under  the  conclusion made  in  this 

study. 

An integrated data management system should be strengthened from regional levels 

to Zonal and Zonal to Woreda levels to manage our resources and know our resource 

in  detail  and  invest  and  study more  on  it  for  the  future.  This  will  also minimize 

incompleteness  of  data which will  hinder  further  studies.  Furthermore,  this  study 

shows that the following should be recommended for the better understanding and 

utilization of groundwater in the pre‐stated geologic formation:  

Since heterogeneity is a big issue and to decrease an assumption made in the 

Theis method  it  is  better  to  study  by  using  another methods  of  hydraulic 

characterization like geophysics for better comparison, even though they are 

not more precise as the pumping test methods. Aquifer test by using a single 

well as a representative is also crucial.  

For better understanding of the hydrogeological system of this formation as a 

whole the remaining adjacent formation’s hydraulic properties should also be 

assessed. 

Mapping and  identification of the overlying  flood basalts and the underlying 

basement  formation  is  significant  for  a  better  understanding  of  Ethiopian 

aquifer systems. 

 

 

Page 100: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

86 

 

REFERENCES  

Abraham  G/Selassie,  2010,  assessment  on  hydraulic  properties  of  the  Ethiopia 

Tarmaber formations, Unpublished MSc Thesis, AAU, Ethiopia. 

BCEOM and Associates (1998):  Abay  Basin  Master  plan,  Phase  2:  Sectoral 

Studies, Part 3, Hydrogeology (February 1998) and Annexes Volume 1c, (February 

2000) 

Berhe S.M., Desta, B., Nicoletti, M & Tefera, M. 1987. Geology, geochronology and 

geodynamic implications Geol. Soc. London, 144: 213‐226.  

Bierschenk,  William  H.,  1963.  Determining  well  efficiency  by  multiple  step‐

drawdown tests. International Association of Scientific Hydrology, 64:493‐507. 

Blanford W, T. 1870. Observations on the Geology and Zoology of Abyssinia Made 

During  the  Progress  of  the  British  Expedition  to  that  Country  in  1867‐68. 

MacMillan, London.  

Butler  J.  James,  The  role  of  Pumping  Test  in  Site  Characterization:  Some 

Theoretical Considerations: Vol. 28, No. 3. 

Dereje Ayalew., Barrey, P., Marty, B., Reisberg, L., Yir  timing of giant  ignimbrite 

deposits  associated  with  Ethiopian  continental  flood  basalts.  Geochemica  et 

Cosmochimica Acta, 66: 1429‐1448.   

DHV  (1996)  Tekeze  River  Basin  Integrated  Development Master  Plan  Project, 

Interim Report, Volume WR3, Hydrogeology. 

Page 101: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

87 

 

Dominico,  P.A.  and  F.W.  Schwartz,  1990.  Physical  and  Chemical  Hydrogeology. John

Wiley & Sons, Inc. 824 p 

Driscoll, F. G., 1987. Groundwater and Wells, Johnson Division, St. Paul, Minnesota 

55112, 1089 p.  

Driscoll,  F.G.,  1986, Groundwater  and wells:  second  edition, U.S.  Filter/Johnson 

Screens, st, 

E. Mace, R.., (2000), Estimating Transmissivity Using Specific‐Capacity Data 

EIGS, 1996, Regional Geological map of Ethiopia 

Extensional Tectonics, Geological Society, London, Special Publication 559–573.  

Fetter, C.W., 1994. Applied Hydrogeology, Third Edition, Prentice‐Hall, Inc., Upper 

Saddle River, New Jersey, 691 p. 

Freeze, R.A.  and  J.A.  Cherry,  1979. Groundwater,  Prentice‐Hall,  Inc.  Englewood 

Cliffs, New Jersey 07632, 604 p.  

H.T. Lin et al., 2010; Estimation of effective hydrogeological parameters in heterogeneous 

and anisotropic aquifers, Journal of Hydrology volume 389, pp.57–68 

Hantush, Mahdi S., 1964. Advances  in Hydroscience, chapter Hydraulics of Wells, 

pp 281‐442. Academic Press. 

http://www.twdb.state.tx.us/gam/gam_documents/sc_report.pdf  (cited  on 

February 21, 2010)  

Page 102: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

88 

 

Jacob, C.E.,  1947. Drawdown  test  to determine effective  radius of artesian well. 

Transactions, American Society of Civil Engineers, 112(2312):1047‐1070. 

Jiri Krasny, John Maccolm Sharp (2007), Ground Water  in Fractured rocks,pp103‐

105 

Journal of Volcanology and geothermal Research 81(1998) 91‐111 Kazmine,  1979, 

Ethiopian Geology 

Justin Visentin, E., Nicoletti, M., Tolomeo, L. & Zanettin, B.  (1974). Miocene and 

Pliocene  volcanic  rocks  of  the  Addis  Ababa‐‐‐Debra  Berhan  area  (Ethiopia). 

Bulletin of Volcanology 38, 237‐‐‐253.  

Kazmin,  V.  (1975).  The  Geology  of  Ethiopia,  Ethiopian  Institute  of  Geological 

Surveys, Addis Ababa   

Kruseman, G.P. and N.A. de Ridder, 1990. Analysis and Evaluation of Pumping Test 

Data  Second  Edition  (Completely  Revised)  ILRI  publication  47.  Intern.  Inst.  for 

Land Reclamation and Improvements, Wageningen, Netherlands, 377 p. 

Merla, G., Abbate, E., Canuti, P., Sagri, M. & Tacconi, P. (1979). Geological map of 

Ethiopia  and  Somalia  and  comment  with  a  map  of  major  landforms  (scale 

1:2,000,000). Rome: Consiglio Nazionale delle Ricerche, 95. 

Ministry of water & JICA‐2001, Hydrogeology of Ethiopia 

Mohr & Zanettine‐1988, Ethiopian flood basalts (or traps) 

Page 103: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

89 

 

Mohr,  P.A.  and  Zanettin,  B.,  1988.  The  Ethiopian  food  basalt  province.  In: 

Continental  flood basalts  IN: J.D. Macdougall, ed, pp.   63–110. Kluwer Academic 

Publishers, Dordrecht.  

P.  Jones,  Age  of  the  lower  flood  basalts  of  the  Ethiopian  plateau, Nature  261 

(1976) 567–569. 

Peccerillo  A.,  Yirgu  G.,  Megerssa  B.,  and  Wan  Wu  T.  (1997).,  Fractional 

crystallization, Magma mixing and crustal assimilation in evolution of plateau and 

rift  magmatism  in  Ethiopia.  “Proceedings  of  the  30th  international  geological 

congress  V.  15.  Igneous  Petrology  Li  Zhona  and  Qi  Jianzhong  and  Zhang 

Zhaochong.  Ridderprint bv, Ridderkerk. The Netherlands. 

Pik,  R.,  Daniel,  C.,  Coulon,  C.,  Yirgu,  G.,  Hofman,  C.  &  Ayalew,  D.  (1998).  The 

Northwestern  Ethiopian  flood  basalts:  Classification  and  spatial  distribution  of 

magma types. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 81: 91‐11.  

Razack,M.and Huntly,D., Assessing transmissivity from specific capacity in a large 

and heterogeneous alluvial aquifer,Groundwater,29(6):856‐861(1991) 

Reynders et al., 1985; Kirchner and Van Tonder, 1991 :In K.Sami and D. A. Hughes,A 

comparison  of  recharge  estimates  to  a  fractured  sedimentary  aquifer  in  South 

Africa from a chloride mass balance and an integrated surface‐subsurface model, 

Journal Volume 179,Issues 1‐4,1 may 1996,pages 111‐136. 

Robert E‐Mack‐2000, Aquifer productivity of the Indian Deccan traps 

Robert George, P.Geol, 2009, groundwater classification overview, Water Policy 

Branch, Alberta Environment  

Page 104: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

90 

 

Rorabaugh, M.I.,  1953. Graphical and  theoretical analysis of step‐drawdown  test 

of artesian wells. Transactions, American Society of Civil Engineers, 79(separate 

362):1‐23. 

S. Matt‐2008, Aquifer Test Guidelines 2nd Edition, Report R08/25, ISBN 978‐1‐86937‐807‐3, 

Philippa Aitichison‐Earl 

Schafer‐1978, effect of casing storage in pump test data analysis  

Tadesse Mengesha  ,Tadiwos C.,and Workineh H.,1996,Explanation  to Geological 

Map of Ethiopia  ,Scale  1:2,000,000  ,2nd edition  ,Ethiopian  Institute of Geological 

survey  

Tamiru Alemayehu, 2006, Groundwater occurrence in Ethiopia 

Tenalem  Ayenew,  2009,  Hydrogeology  Journal,  Groundwater  occurrence  & 

movement in Ethiopian volcanic terrain. 

Theis  ,C.V.,Brown,R.H.  and Meyer,R.R.,Estimating  the  transmissivity  of  aquifers 

from  the  specific  capacity  of  wells  ,US  Geological  Survey  Water  Supply 

paper,1536‐I(1963).  

Walton, 1970‐Methods for calculating specific capacity index from the relationship 

of specific capacity verses aquifer thickness 

Walton,W.C.,Groundwater  Resources  Evaluation,McGraw‐hill,New 

York,p.664(1970). 

Page 105: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

91 

 

Zanettine,  B.  &  Justin  Visentin,  E.  (1974).  The  volcanic  succession  in  central 

Ethiopia, 2: The Volcanics of the western Afar and Ethiopia rift margins. Memorie 

degli Istituti di Geologia e Mineralogia dell’Universita di Padova 31, 1‐‐‐19. 

Zanettine,  B.,  Justin  Visentin,  E.  &  Piccirillo,  E.  M.  (1978).Volcanic  succession, 

tectonics  and magmatology  in  central  Ethiopia. Atti  e Memorie  dell’Accademia 

Patavina di Scienze, Lettere ed Arti 90, 5‐‐‐19.  

Page 106: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

92 

 

APPENDIXES 

 

Appendixes 0‐A‐Well log, Design, Description and Plots of Boreholes in the Plateau 

basalts formations 

     

Page 107: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

93 

 

     

     

Page 108: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

94 

 

     

     

Page 109: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

95 

 

     

Page 110: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

96 

 

     

     

 

 

Page 111: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

97 

 

Appendixes 0‐B‐Log Log and Semi Log Plot of Time versus Drawdown Curves  

 

Page 112: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

98 

 

 

 

Page 113: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

99 

 

 

Page 114: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

100 

 

Page 115: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

101 

 

Page 116: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

102 

 

Page 117: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

103 

 

Page 118: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

104 

 

Page 119: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

105 

 

Page 120: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

106 

 

Page 121: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

107 

 

Page 122: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

108 

 

Page 123: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

109 

 

Page 124: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

110 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 125: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

111 

 

BII: AII Drawdown and Time versus Discharge after step (variable) test 

Bure Town Well [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

24019214496480

Dra

wdo

wn

[m]

10.68

8.544

6.408

4.272

2.136

0

Discharge [l/s]

7.33

5.864

4.398

2.932

1.466

 

Bure Baguna Mineral Water Borehole One [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

18014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

8.34

6.672

5.004

3.336

1.668

Discharge [l/s]

3.14

2.512

1.884

1.256

0.628

 

Bahrdar Lether Work [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

90725436180

Dra

wdo

wn

[m]

1.55

1.24

0.93

0.62

0.31

0

Discharge [l/s]

7.33

5.864

4.398

2.932

1.466

 

Page 126: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

112 

 

Dilchibo El.School [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

1401128456280

Dra

wdo

wn

[m]

49.8

37.35

24.9

12.45

Discharge [l/s]

2.40

1.92

1.44

0.96

0.48

0.00  

Azena Well Number One [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

18014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

61.42

49.136

36.852

24.568

12.284

0

Discharge [l/s]

1.70

1.36

1.02

0.68

0.34

0.00  

Bure Baguna Mineral Water Borehole Two [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

300240180120600

Dra

wdo

wn

[m]

9.07

7.256

5.442

3.628

1.814

0

Discharge [l/s]

6.23

4.984

3.738

2.492

1.246

0.00  

Page 127: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

113 

 

Ashref Well Number Three [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

18014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

6.53

5.224

3.918

2.612

1.306

0

Discharge [l/s]

19.00

15.20

11.40

7.60

3.80

 

Ashref Well Number One [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

19015211476380

Dra

wdo

wn

[m]

75.13

60.104

45.078

30.052

15.026

0

Discharge [l/s]

13.50

10.80

8.10

5.40

2.70

0.00  

Chagni Well Number One [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

24019214496480

Dra

wdo

wn

[m]

32.95

26.36

19.77

13.18

6.59

0

Discharge [l/s]

5.10

4.08

3.06

2.04

1.02

0.00  

Page 128: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

114 

 

Chagni Well Number Four [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

18014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

74.42

59.536

44.652

29.768

14.884

0

Discharge [l/s]

3.25

2.60

1.95

1.30

0.65

0.00  

Dangla Town Well [Drawdown vs. Time with Discharge]Time [min]

24019214496480

Dra

wdo

wn

[m]

58.3

46.64

34.98

23.32

11.66

0

Discharge [l/s]

3.00

2.40

1.80

1.20

0.60

 

Fagta Lekoma [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]24019214496480

Dra

wdo

wn

[m]

55.53

44.424

33.318

22.212

11.106

Discharge [l/s]

4.00

3.20

2.40

1.60

0.80

0.00  

Page 129: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

115 

 

Fenoteselam Well Number Tw o [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]18014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

68

54.4

40.8

27.2

13.6

Discharge [l/s]

3.53

2.824

2.118

1.412

0.706

0.00  

Fenoteselam Gocha Well Number Tw o [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]183146.4109.873.236.60

Dra

wdo

wn

[m]

72.25

57.8

43.35

28.9

14.45

Discharge [l/s]

4.20

3.36

2.52

1.68

0.84

0.00  

Gimjabet [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]18014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

90.46

72.368

54.276

36.184

18.092

0

Discharge [l/s]

3.67

2.936

2.202

1.468

0.734

0.00  

Page 130: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

116 

 

Kilaji [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]18014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

72.368

54.276

36.184

18.092

0

Discharge [l/s]

0.734

0.00  

Kunzila [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]10872360

Dra

wdo

wn

[m]

0

Discharge [l/s]

3.00

2.00

1.00

0.00  

Sangib [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]1561301047852260

Dra

wdo

wn

[m]

32.08429.616

27.148

24.68

22.21219.744

17.276

14.80812.34

9.872

7.404

4.9362.468

0

Discharge [l/s]

15.00

10.00

5.00

0.00  

Page 131: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

117 

 

Sekela [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]21618014410872360

Dra

wdo

wn

[m]

78.792

72.226

65.66

59.094

52.528

45.962

39.396

32.83

26.264

19.698

13.132

6.566

Discharge [l/s]

0.00 

Tilili Tow n [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]33628824019214496480

Dra

wdo

wn

[m]

48.9

32.6

16.3

0

Discharge [l/s]

15.00

10.00

5.00

0.00 

Page 132: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

118 

 

Wedeyesus [Draw dow n vs. Time w ith Discharge]

Time [min]216144720

Dra

wdo

wn

[m]

23.78

11.89

0

Discharge [l/s]

3.28

0.00 

 

Page 133: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

119 

 

Appendixes 0‐C‐Data base  

CI: Constant Rate Pump Test Data Analysis Results of Boreholes Plateau Basalts 

No.  Well Name  X  Y  Code  Depth(m)  Source  SWL(m)  Pumping time (Hrs) 

Q (m3/day) 

DD(m)  DWL(m)  T  K  S  Type  Analysis Methods 

1  Ambo Borehole One  378501  991597  PBBH‐01  98.5  ESZWMEO  30.65  21  216  8.95  39.6  10.8  1.22E‐01  2.38E‐02   Confined  

Theis and Cooper Jacob  

2  Ambo Borehole Two  378444  991683  PBBH‐02  143  ESZWMEO  89.48  30  941.76  0.31  89.79  4600  9.60E+01  5.00E‐06 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

3  Goban Borehole Two  314835  1013932  PBBH‐03  119.1  ESZWMEO  9.1  24  483.84  69.5  78.6  4  7.05E‐02  6.09E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

4  Kombolcha  326951  1049817  PBBH‐04  157  HGWZWMEO  63.07  24  604.8  6.88  69.95  59.5  1.67E+00  5.71E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

5  Wayu‐Karsa   312286  1021953  PBBH‐05  200  HGWZWMEO  2.43  24  388.8  28.73  53.65  67.6  2.25E‐01  4.93E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

6  Chala Foka 2  327953  1047943  PBBH‐06  186  HGWZWMEO  23.35  24  138.24  25.94  49.29  4.25  1.86E‐01  2.35E‐02 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

7  Shambu One   292886  1060860  PBBH‐07  167  HGWZWMEO  33.5  24  328.32  56.55  93.15  3.85  7.56E‐02  2.81E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

8  Wollega University 1  233868  1001897  PBBH‐08  130  OWWCE  4.16  24  691.2  0.92  5.08  700  1.59E+01  1.07E‐02 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

9  Wollega University 2  233681  10001500  PBBH‐09  130  OWWCE  1.93  24  518.4  1.47  3.4  232  4.30E+00  1.95E‐01 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

10  Gobso (BTW3)  369372  504302  PBBH‐10  202  OWWDSE  115.06  39  259.2  45.23  160.29  2.64  4.81E‐02  3.85E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

11  Mayer Forole   396127  421962  PBBH‐11  210  OWWDSE  86.44  48  345.6  25.02  111.46  11.1  1.86E‐01  8.91E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

12  Arbora Megado  407107  416061  PBBH‐12  214  OWWDSE  76.18  10                   

Confined  Theis and Cooper Jacob  

13  Ashref well 1  257798  1135774  PBBH‐13  132.15  AWWCE  20.7  24  950.4  57.95  78.65  9.77  1.87E‐01  2.83E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

14  Ashref Well 3  257898  1135674  PBBH‐14  123  AWWCE  41.45  48  1555.2  7.4  48.85  153  2.91E+00  4.32E‐01 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

15  Azena Well 1  260912  1190364  PBBH‐15  67  AWWCE  1.6  24  151.2  45.05  46.65  2.01  1.20E‐01  1.46E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

16  Bahirdar Dilchibo  323334  1281437  PBBH‐16  106  AWWCE  19.85  24  129.6  35.07  55.88  2.65  1.02E‐01  1.61E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

17  Bahirdar Lether W  323540  1281070  PBBH‐17  33  AWWCE  3.5  24  633.312  2.5  6  310  1.80E+01  5.17E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

18  Berta Chera Well  324025  128798  PBBH‐18  50  AWWCE  3.49  24  216  0.7  4.19  394  1.56E+01  1.32E‐07 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

19  Bure Baguna 1  288965  1186560  PBBH‐19  71  AWWCE  4  24  358.56  26.54  30.54  13  3.82E‐01  1.81E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

Page 134: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

120 

 

20  Bure Baguna 2  288940  1185978  PBBH‐20  62  AWWCE  5.36  24  358.56  11.98  17.34  31  9.12E‐01  7.48E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

21  Bure Town Well  227633  1211794  PBBH‐21  85  AWWCE  0.1  24  633.312  13.8  13.9  45.4  1.30E+00  3.81E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

22  Chagni 1  227633  1211794  PBBH‐22  84  AWWCE  7.5  24  449.28  32  39.5  9.47  2.87E‐01  3.97E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

23  Chagni 4  227567  1211873  PBBH‐23  115  AWWCE  2.98  8  216  75.9  72.92  2.29  3.01E‐02  1.15E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

24  Dangla Town 1  263108  1244953  PBBH‐24  73.3  AWWCE  3.6  24  166.752  53.3  53.9  2.47  7.10E‐02  2.60E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

25  Fagta Lekoma Well  285659  1244953  PBBH‐25  85  AWWCE  7.94  24  287.712  25.1  33.6  7.89  2.76E‐01  6.91E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

26  Fenoteselam 1  309587  1181450  PBBH‐26  82  ARWMEB  12.95  24  1296  0.08  13.03          

Confined  Theis and Cooper Jacob  

27  Fenoteselam 2  309441  1181439  PBBH‐27  106  ARWMEB  25.5  24  175.392  57  82.5  2.37  3.66E‐02  3.00E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

28  Fenoteselam‐Gocha2  322948  1181458  PBBH‐28  98  AWWCE  14.54  24  345.6  71.94  86.69  3.37  9.36E‐02  1.41E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

29  Gimjabet 1  269628  1200333  PBBH‐29  116  AWWCE  3.14  24  259.2  53.26  56.4  3.11  8.94E‐02  2.84E‐01 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

30  Kilaji 1  225981  1184340  PBBH‐30  92  AWWCE  6.1  24  69.12  91.05  84.95  0.701  2.05E‐02  8.88E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

31  Kunzila  283571  1313594  PBBH‐31  70  AWWCE  5.47  24  190.08  9.06  14.7  19.8  7.61E‐01  6.30E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

32  Sekela Town 1  304450  1217676  PBBH‐32  98.8  ARWMEB  5.2  24  172.8  78.71  83.91  1.73  3.26E‐02  1.51E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

33  Merawi‐Bachena 1  297449  1262070  PBBH‐33  126  ARWMEB  47.7  24  565.056  24.17  71.87  12.6  4.18E‐01  1.32E‐02 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

34  Sangib Well  212356  1059206  PBBH‐34  48  AWWCE  8.32  24  518.4  25.31  33.63  13.6  6.72E‐01  6.86E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

35  Tilili Town 1  283891  1199364  PBBH‐35  109  ARWMEB  0  48  1140.48  38.4  38.4  25.3  8.44E‐01  6.11E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

36  WeddeYesus Well  318743  1285789  PBBH‐36  80  AWWCE  0  24  345.6  43.96  49.96  7.29  1.86E‐01  3.06E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

37  Wonjeta (Tana Flora)1  318644  1286469  PBBH‐37  222  AWWCE  31.95  28  1468.8  4.12  36.07  390  4.70E+00  3.59E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

38  Tulu Wayu        PBBH‐38  140  OWMEB  1.3  28  86.4        0.448  7.73E‐03  6.82E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

39  Nunu        PBBH‐39  159  OWMEB  3.9  24  86.4        0.0039  6.19E‐05  1.50E‐01 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

40  Shimal Tokke        PBBH‐40  75  OWMEB  5.12  24  60.48        0.867  2.51E‐02  1.91E‐03 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

41  Gaba Robi        PBBH‐41  153  OWMEB  23.85  24  172.8        1.3  2.06E‐02  1.04E‐04 

Confined  Theis and Cooper Jacob  

 

 

Page 135: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

121 

 

CII. Step drawdown test results and related data of Plateau Basalts 

No. 

Well Name  

Q (l/s) Transmissivity (m2/d)  Hydraulic conductivity (m/d)  Storativity 

Sp.cap (m2/d) 

  

  Theis Step Test 

Cooper‐Jacob Step Test 

Theis Recovery  

Theis Step Test 

Cooper‐Jacob Step Test 

Thies Recovery 

Theis Step Test  Corrected 

 1  Ambo1  216  115  264  39.8  1.29  2.98  0.45  0.00318  64.0812 

 2  Ashref1  941.76  115  264  174  2.19  5.04  5.27  0.00318  14.12963 

 3  Ashref3  483.84  115  264  285  2.18  5.02  5.41  0.00318  16.27172 

 4  Azena  604.8  115  264  27.7  6.82  15.7  1.65  0.00318  1.599977 

 5  Bah.Dilchibo  388.8  115  264  23.7  4.41  10.1  0.765  0.00318  1.358699 

 6  Bure baguna1  138.24  115  264     3.37  7.75     0.00318  7.918204 

 7  Bure baguna2  328.32  115  264              0.00318  127.6769 

 8  Bure town  691.2  115  39.4     6.03  2.07     0.00318  89.3423 

 9  Chagni 1  518.4  115  8.24              0.00318  23.2197 

 10  Chagni4  259.2  115  1.62  39.5  1.51  0.0213  0.52  0.00318  3.283439 

 11  Dangla  345.6  115  264  30.5  4.77  11  0.877  0.00318  15.70388 

 12  Fagta Lekoma  950.4  115  264     4.02  9.23     0.00318  6.296583 

 13  Fenoteselam2  1555.2  115  264  174  2.19  5.04  5.27  0.00318  2.007583 

 14 Fenoteselam Gocha2  151.2  115  264  63.3  0.107  11  1.76  0.00318  4.920962 

 15  Gimjabet  129.6  115  264  47.4  2.73  6.28  1.36  0.00318  4.277206 

 16  Kilaji  633.31  115  264  12.7  3.37  7.75  0.369  0.00318  0.067606 

 17  Kunzila  216  115  264     4.41  10.1     0.00318  63.76835 

Page 136: Dessalegn's MSc Thesis Final (1)

2011                 Assessment on Hydraulic Properties of Ethiopian Plateau Basalts with respect to their Depth and Age  

 

 

122 

 

18  Sekela   358.56  115  264  31.6  2.16  4.97  0.597  0.00318  2.935302 

19  Sangib  538.27  115  264     5.73  13.2     0.00318  181.3713 

20  Tilili  633.31  115  264  2.09  2.34  5.38  6.96  0.00318  40.60541 

21  Wedeyesus  449.28  7.81  264     0.18  6.09     0.00318  5.861964 

22  Tulu wayu  216  115  264  15.8  1.99  4.58  0.25  0.00318  1.040843 

23  Gaba Robi  166.75  115  264  31.6  1.81  4.17  0.5  0.00318  4.06968