Metody geofizyczne i wielokryterialne do wyznaczania potencjału wód podziemnych na terenach przybrzeżnych: studium z Port Sudan

Dlaczego tu ważne jest znalezienie ukrytej wody

W dużych obszarach wschodniego Sudanu deszcze są skąpe, rzeki przez większość roku wysychają, a coraz więcej osób przenosi się do miast uciekając przed konfliktami. Port Sudan, szybko rozwijające się miasto nad Morzem Czerwonym, w dużej mierze opiera się dziś na wodach podziemnych dostarczających wodę pitną, do gotowania i dla przemysłu. Woda ta jednak gromadzi się głównie w spękaniach twardych skał oraz w wąskich pasmach piasku i żwiru, co sprawia, że jej odnalezienie tylko przez wiercenia jest trudne i kosztowne. Badanie to pokazuje, jak pomiary grawitacyjne Ziemi ze satelitów, połączone z inteligentnym mapowaniem i narzędziami decyzyjnymi, mogą wskazać najbardziej obiecujące miejsca do poszukiwań nowych studni w obrębie i wokół Port Sudan.

Wyzwanie wody w suchym mieście przybrzeżnym

Port Sudan położony jest między stromymi Wzgórzami Morza Czerwonego na zachodzie a niską równiną przybrzeżną na wschodzie. Przy zaledwie około 200 milimetrach opadów rocznie i bardzo wysokiej ewapotranspiracji wody powierzchniowe praktycznie nie występują. Ludzie polegają na wodach podziemnych przechowywanych w dwóch głównych typach zbiorników: płytkich osadach aluwialnych z piasku i żwiru wzdłuż suchych koryt rzecznych (wadi) i równiny przybrzeżnej oraz w głębszych spękanych skałach prekambryjskich z twardego krystalicznego materiału. Płytkie akwifery mogą dostarczać znaczne ilości słodkiej wody, ale są podatne na przedostawanie się słonej wody od strony morza. Spękane skały, typowe dalej w głąb lądu, gromadzą mniej wody i są trudne do przewidzenia, ponieważ woda znajduje się w wąskich szczelinach i strefach wietrzenia.

Wykorzystanie grawitacji do obserwacji struktur podziemnych

Wiele uskoków i spękań kierujących przepływem wód podziemnych leży głęboko pod powierzchnią i nie pozostawia widocznych śladów, które satelity czy terenowi mapowcy mogliby łatwo wykryć. Aby je odsłonić, badacze wykorzystali dane grawitacyjne satelitarne, które rejestrują drobne zmiany przyciągania Ziemi powodowane różnicami gęstości skał. Po skorygowaniu tych danych o wpływ rzeźby terenu oddzielili głębokie, gładkie trendy tła od płytszych, ostrzejszych anomalii związanych z lokalnymi strukturami. Stosując kilka filtrów wykrywających krawędzie oraz technikę zwaną dekonwolucją Eulera, odtworzyli sieci ukrytych spękań i uskoków oraz oszacowali ich głębokości. Wynikiem była szczegółowa mapa liniamentów — długich, wąskich stref, gdzie skały są złamane i potencjalnie bardziej zdolne do magazynowania i przepuszczania wód podziemnych.

Ważenie czynników kontrolujących gromadzenie się wody

Same dane grawitacyjne nie mówią, ile wody dany obszar może pomieścić, więc zespół połączył je z innymi czynnikami wpływającymi na zasilanie akwiferów. Korzystając z metody analitycznego procesu hierarchicznego (AHP), zadali pytanie: które cechy są najważniejsze przy określaniu użytecznego akwiferu? Geologia okazała się kluczowa, zwłaszcza grube osady aluwialne o wysokiej porowatości i przepuszczalności. Mapowano i oceniano także wzorce opadów, gęstość spękań, rozmieszczenie cieków, użytkowanie terenu oraz nachylenie stoków. Łagodne zbocza i niska gęstość sieci rzecznych zostały ocenione jako korzystne, ponieważ pozwalają większej ilości wody opadowej wsiąkać zamiast spływać. Obszary z zadrzewieniem uznano za bardziej sprzyjające niż zabudowane i utwardzone części miasta, które szybko odprowadzają wodę. Każdemu czynnikowi przypisano wartość liczbową i połączono je w jednen indeks klasyfikujący krajobraz na obszary o niskim, średnim lub wysokim potencjale wód podziemnych.

Weryfikacja mapy danymi podpowierzchniowymi

Aby sprawdzić wiarygodność mapy, badacze porównali ją z dwuwymiarowymi modelami podpowierzchniowymi otrzymanymi z tych samych danych grawitacyjnych, wspartymi informacjami z lokalnych odwiertów. Modele te pokazały grubość warstw aluwialnych oraz to, jak powierzchnia twardego podłoża (basement) wznosi się i opada pod nimi. Tam, gdzie nowa mapa wskazywała wysoki potencjał wód podziemnych — głównie na wschodnich równinach przybrzeżnych i wzdłuż głównych wadi — inwersja grawitacyjna ujawniła głębokie baseny ograniczone uskokami, wypełnione piaskiem i żwirem o grubości przekraczającej 25 metrów, idealne do magazynowania wody. Dla porównania, obszary zachodnie oznaczone jako o niskim potencjale odpowiadały cienkim lub nieobecnym pokrywiom osadowym nad rozczłonkowanym podłożem, co oznacza małe, zawodnione zasoby ograniczone do spękań.

Co to oznacza dla przyszłych studni i planowania

Dla osób niebędących specjalistami płynąca z tego konkluzja jest taka, że można stworzyć wiarygodną mapę potencjału wód podziemnych na skalę miejską bez potrzeby wykonywania setek próbnych odwiertów. Łącząc dane grawitacyjne satelitarne, podstawowe mapy i przejrzyste ważenie czynników określających dobry akwifer, badanie wskazuje obszary, gdzie należy skoncentrować dalsze, bardziej szczegółowe prace terenowe i wiercenia studni wokół Port Sudan. Strefy o wysokim potencjale w aluwialnych równinach są najlepszymi pierwszymi celami, podczas gdy obszary z podłożem skalnym na zachodzie mogą nadal zawierać lokalne zasoby, lecz wymagają bardziej ostrożnych, specyficznych analiz miejscowych. Podejście to jest opłacalne, powtarzalne i odpowiednie dla innych suchych obszarów przybrzeżnych borykających się z podobnym niedoborem wody, pomagając planistom przejść od przypuszczeń do rozwoju zasobów wodnych opartego na dowodach.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: wody podziemne, Port Sudan, mapowanie grawitacyjne, akwifer, niedobór wody