Геофизические и мультикритериальные методы для выделения зон потенциала грунтовых вод в прибрежных районах: исследование из Порт‑Судана

Почему здесь важно находить скрытую воду

Во многих районах восточного Судана осадков мало, реки высыхают большую часть года, а население прибывает в города, спасаясь от конфликтов. Порт‑Судан, быстро растущий прибрежный город на Красном море, теперь сильно зависит от подземных вод для питья, приготовления пищи и промышленности. Однако эта вода в основном сосредоточена в трещинах твердой породы и в узких поясах песка и гравия, что делает её сложной и дорогой для поиска только методом бурения. В этом исследовании показано, как спутниковые измерения гравитации Земли в сочетании с интеллектуальными картографическими и решающими инструментами могут указывать на наиболее перспективные места для поиска новых скважин в районе Порт‑Судана и вокруг него.

Проблема воды в сухом прибрежном городе

Порт‑Судан находится между крутыми Красноморскими холмами на западе и низкой прибрежной равниной на востоке. При среднемесячном количестве осадков около 200 миллиметров и очень высокой испаряемости поверхностная вода почти отсутствует. Люди зависят от грунтовых вод, сосредоточенных в двух основных типах подземных резервуаров: мелкие аллювиальные отложения из песка и гравия вдоль высохших русел (вади) и прибрежной равнины, а также более глубокие трещиноватые кристаллические породы (базальтоподобные массивы). Мелкие водоносные горизонты могут давать значительные объемы пресной воды, но уязвимы к проникновению соленой воды с моря. Трещиноватые породы, чаще встречающиеся вглубь материка, содержат меньше воды и плохо предсказуемы, поскольку вода сосредоточена в узких трещинах и выветрелых зонах.

Использование гравитации для «видения» под землёй

Многие разломы и трещины, которые направляют движение грунтовых вод, залегают глубоко и не оставляют видимых признаков, которые легко заметить со спутника или в полевых условиях. Чтобы выявить их, исследователи обратились к спутниковым гравитационным данным, которые фиксируют крошечные изменения силы притяжения Земли, вызванные различиями в плотности пород. После учета рельефа они отделили глубокие, плавные фоновые тренды от более мелких, резких аномалий, связанных с локальными структурами. Применив несколько фильтров выделения границ и технику, называемую эйлеровой деконволюцией, они проследили сети скрытых трещин и разрывов и оценили их глубины. В результате получилась детальная карта линейментов — длинных узких зон, где породы разрушены и потенциально способны лучше хранить и передавать воду.

Взвешивание факторов, определяющих накопление воды

Сами по себе гравитационные данные не могут сказать, сколько воды может содержать конкретное место, поэтому команда объединила их с другими факторами, влияющими на пополнение грунтовых вод. С помощью метода аналитической иерархии они задали вопрос: какие характеристики наиболее важны для формирования полезного водоносного горизонта? Геология оказалась ключевым фактором, особенно толстые аллювиальные отложения с высокой пористостью и проницаемостью. Также оценивались и картировались режимы осадков, плотность трещиноватости, организация русел, использование земель и уклоны. Пологие склоны и низкая плотность русел считались благоприятными, так как они позволяют дождевой воде быстрее просачиваться в грунт, а не стекать. Земли с древесной растительностью признаны более благоприятными, чем заасфальтированные городские участки, которые быстро отводят воду. Каждому фактору придавали числовой вес и объединяли в единый индекс, классифицирующий ландшафт по низкому, среднему или высокому потенциалу грунтовых вод.

Проверка карты по реальным данным о глубинах

Чтобы убедиться в достоверности карты, исследователи сравнили её с двумерными моделями недр, полученными из тех же гравитационных данных и подкрепленными сведениями из местных скважин. Эти модели показали толщину аллювиальных слоев и то, как поверхность коренной породы под ними поднимается и опускается. Там, где новая карта предсказывала высокий потенциал грунтовых вод — в основном на восточных прибрежных равнинах и вдоль крупных вади — инверсия гравитационных данных выявила глубокие бассейны, ограниченные разломами, заполненные песком и гравием толщиной до более чем 25 метров, что идеально подходит для хранения воды. Напротив, западные районы, отмеченные как зоны с низким потенциалом, соответствовали тонкому или отсутствующему покрову осадков над неровной коренной породой, что предполагает небольшие, ненадежные запасы, сосредоточенные в трещинах.

Что это значит для будущих скважин и планирования

Для неспециалистов главный вывод в том, что возможно создать надежную карту перспектив грунтовых вод масштаба города без бурения сотен пробных скважин. Смешивая спутниковые гравитационные данные, базовые карты и прозрачную систему взвешивания факторов, формирующих хороший водоносный горизонт, это исследование указывает, где следует сосредоточить дальнейшие, более детальные полевые работы и бурение скважин вокруг Порт‑Судана. Зоны с высоким потенциалом в аллювиальных равнинах — лучшие первые цели, тогда как участки с коренной породой на западе могут всё ещё содержать локальные запасы, но требуют более тщательной привязки и проверки на месте. Подход экономичен, повторяем и применим для других сухих прибрежных регионов, сталкивающихся с похожей водной напряжённостью, помогая планировщикам перейти от догадок к основанному на доказательствах развитию грунтовых вод.

Цитирование: 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

Ключевые слова: грунтовые воды, Порт‑Судан, гравиметрическая съемка, водоносный горизонт, дефицит воды