沿岸地形における地下水ポテンシャルを描き出すための地球物理学的および多基準意思決定法：ポートスーダンの事例研究

なぜここで隠れた水源を見つけることが重要なのか

スーダン東部の広い地域では雨が乏しく、河川は年間の大半で干上がり、紛争を避けて都市に移り住む人々が増えています。紅海に面する急成長中の沿岸都市ポートスーダンは、現在、飲用、調理、産業を支えるために地下水に大きく依存しています。しかしこの地下水は主に硬質岩の割れ目や狭い砂・礫の帯に貯留されており、単に掘削するだけでは発見が難しく高コストです。本研究は、地球の重力を衛星で測定したデータを、スマートな地図作成と意思決定ツールと組み合わせることで、ポートスーダン周辺で新しい井戸を探す際に最も有望な場所を示せることを示します。

乾いた沿岸都市が抱える水の課題

ポートスーダンは西側の急峻な紅海丘陵と東側の低い沿岸平野の間に位置します。年降水量は約200ミリメートル程度で蒸発も非常に高く、地表水はほとんど存在しません。人々は地下に貯えられた地下水に依存しており、大きく二つのタイプの貯留層に分かれます。ひとつは乾いた河床（ワジ）や沿岸平野に沿う砂・礫からなる浅い沖積層で、もうひとつは古い結晶質硬岩の割れ目（フラクチャー）からなる深い基盤岩です。浅い帯水層は良好な淡水を供給し得ますが、海からの塩水の浸入に弱いという脆弱性があります。対照的に、内陸寄りに多い割れ目のある基盤岩は保持水量が少なく、水は狭い割れ目や風化帯に限られるため予測が難しいのが特徴です。

重力で地下構造を可視化する

地下水を導く多くの断裂や亀裂は地表からは見えず、衛星や現地の測量だけでは容易に検出できません。これを明らかにするため、研究者たちは衛星重力データを利用しました。重力データは岩石密度の差により引き起こされる地球の引力の微小な変化を記録します。地形効果を補正した後、深部の緩やかな背景傾向と浅い局所構造に対応する鋭い異常を分離しました。複数のエッジ検出フィルターとオイラー逆解法と呼ばれる手法を適用することで、隠れた断裂や断層のネットワークを追跡し、その深さを推定しました。その結果、岩石が破砕され地下水を貯めたり通しやすくなっている長く狭い領域（リネアメント）の詳細な地図が得られました。

水が集まる場所を支配する要因の重みづけ

重力データだけでは場所ごとの貯水能力は分からないため、研究チームは地下水再補給に影響を与える他の要因と組み合わせました。解析階層プロセス（AHP）と呼ばれる方法を用いて、どの特徴が有用な帯水層を形成する上で重要かを問いました。地質が最も重要な要素であることが明らかになり、特に多孔性・浸透性の高い厚い沖積層が鍵を握っていました。降水パターン、断裂密度、流路の配置、土地利用、傾斜も評価・マップ化されました。緩やかな斜面と低い流路密度は、雨水が流出するよりも地中に浸透しやすいため好ましいとされました。樹木の被覆がある土地は舗装された都市域より有利と見なされ、舗装地は水を速やかに流出させます。各因子には数値的な重みが与えられ、単一の指標に統合して低・中・高の地下水ポテンシャルに分類しました。

地図を実際の地下データで検証する

作成した地図が信頼できるか確かめるため、研究者たちは同じ重力データから導かれ、現地のボーリング情報で裏付けられた二次元地下モデルと比較しました。これらのモデルは沖積層の厚さや、その下で基盤岩の表面がどのように上下しているかを示しました。新しい地図が高い地下水ポテンシャルを予測した場所―主に東側の沿岸平野と主要なワジ沿い―では、重力逆解析が砂・礫で満たされた断層に囲まれた深い盆地を明らかにし、厚さが25メートルを超える部分もあり、水を貯めるには理想的でした。対照的に、低ポテンシャルとされた西側の地域は、荒い基盤岩の上に堆積物被覆が薄いかほとんどないことに対応しており、割れ目に限定された小規模で信頼性の低い供給を示唆していました。

将来の井戸掘削と計画に対する意味合い

専門外の人向けの要点は、何百もの試掘孔を掘らなくても、市規模で信頼できる地下水の見込み地図を作成できるということです。衛星重力データ、基本図、そして帯水層を形成する要因に対する透明な重みづけを組み合わせることで、本研究はポートスーダン周辺でさらなる詳細な現地調査や井戸掘削を集中すべき場所を示しています。沖積平野の高ポテンシャル域がまず最良のターゲットであり、西側の基盤岩域は局所的な供給を持ち得るものの、より慎重で現場ごとの確認が必要です。このアプローチは費用対効果が高く、再現可能であり、同様の水ストレスに直面する他の乾燥した沿岸地域にも適しており、計画担当者が推測から証拠に基づく地下水開発へと移るのを支援します。

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

キーワード: 地下水, ポートスーダン, 重力マッピング, 帯水層, 水不足