Mapping of groundwater prospective zones integrating remote sensing, geographic information systems and geophysical techniques in El-Qaà Plain area, Egypt

Abstract

The geospatial mapping of groundwater prospective zones is essential to support the needs of local inhabitants and agricultural activities in arid regions such as El-Qaà area, Sinai Peninsula, Egypt. The study aims to locate new wells that can serve to cope with water scarcity. The integration of remote sensing, geographic information systems (GIS) and geophysical techniques is a breakthrough for groundwater prospecting. Based on these techniques, several factors contributing to groundwater potential in El-Qaà Plain were determined. Geophysical data were supported by information derived from a digital elevation model, and from geologic, geomorphologic and hydrologic data, to reveal the promising sites. All the spatial data that represent the contributing factors were integrated and analyzed in a GIS framework to develop a groundwater prospective model. An appropriate weightage was specified to each factor based on its relative contribution towards groundwater potential, and the resulting map delineates the study area into five classes, from very poor to very good potential. The very good potential zones are located in the Quaternary deposits, with flat to gentle topography, dense lineaments and structurally controlled drainage channels. The groundwater potential map was tested against the distribution of groundwater wells and cultivated land. The integrated methodology provides a powerful tool to design a suitable groundwater management plan in arid regions.

Résumé

La cartographie géospatiale de zones à potentiel aquifère est. essentielle pour satisfaire les besoins en eau des habitants et de l’agriculture dans des régions arides telle que la région d’El-Qaà, Péninsule du Sinai, Egypte. L’étude vise à identifier des secteurs pour forer de nouveaux puits pouvant pallier à la rareté de l’eau. L’intégration de la télédétection, des systèmes d’information géographique (SIG) et des techniques géophysiques constitue une avancée dans la prospection de l’eau souterraine. Sur la base de ces techniques, plusieurs paramètres d’évaluation du potentiel en eau souterraine de la plaine El-Qaà ont été identifiés. Afin de mettre en évidence des sites prometteurs, les données géophysiques se sont appuyées sur des informations déduites d’un modèle altimétrique numérique, et sur des données géologiques, géomorphologiques et hydrologiques. Toutes les données spatiales qui représentent les facteurs contributifs ont été intégrées et analysées dans le cadre d’un SIG pour élaborer un modèle prospectif des eaux souterraines. Une pondération appropriée a été appliquée à chaque facteur sur la base de sa contribution relative vis à vis du potentiel en eau souterraine, et la carte résultante permet de délimiter l’aire d’étude en 5 classes de très faible à très bon potentiel. Les zones à très bon potentiel sont localisées dans les dépôts quaternaires présentant une topographie plate ou douce, des linéaments denses et des chenaux structuraux de drainage. La carte du potentiel en eaux souterraines a été testée en la confrontant à la distribution des puits et terres cultivées. La méthodologie intégrée fournit un outil puissant pour concevoir un plan de gestion de l’eau souterraine adapté aux régions arides.

Resumen

El mapeo geoespacial de potenciales zonas de aguas subterráneas es esencial para apoyar las necesidades de los habitantes locales y las actividades agrícolas en regiones áridas, como es el área de El-Qaà, Península del Sinaí, Egipto. El estudio tiene como objetivo localizar nuevos pozos que puedan servir para afrontar la escasez de agua. La integración de la teledetección, los sistemas de información geográfica (SIG) y las técnicas geofísicas es un avance para la prospección de agua subterránea. En base a estas técnicas, se determinaron varios factores que contribuyen a conocer el potencial de agua subterránea en la llanura de El-Qaà. Los datos geofísicos fueron apoyados por la información derivada de un modelo de elevación digital, para revelar los sitios más promisorios a partir de datos geológicos, geomorfológicos e hidrológicos. Todos los datos espaciales que representan estos factores se integraron y analizaron en un marco SIG para desarrollar un modelo del potencial del agua subterránea. Se especificó un peso apropiado para cada factor, basado en su contribución relativa al potencial del agua subterránea, y el mapa resultante delimita el área de estudio en cinco clases, desde un potencial muy pobre hasta muy bueno. Las potenciales zonas muy buenas se localizan en los depósitos cuaternarios, con topografía plana a suave, lineamientos densos y canales de drenaje estructuralmente controlados. El mapa de potencial de aguas subterráneas se probó contra la distribución de pozos de agua subterránea y tierras cultivadas. La metodología integrada proporciona una herramienta poderosa para diseñar un plan adecuado de manejo del agua subterránea en regiones áridas.

摘要

地下水前景带地理空间绘图对于维持干旱地区诸如埃及西奈半岛El-Qaà平原区当地居民的需求至关重要。本研究目的就是为应对水匮乏对新井进行定位。遥感、地理信息系统及地球物理技术的结合是地下水勘探的一项突破。基于这些技术,确定了El-Qaà平原影响地下水潜力的几个因素。地球物理数据得到来源于数字海拔模型及地质、地貌和水文数据的支持,并揭示了有希望的区域。所有代表这些影响因素的空间数据整合在一起,并在GIS框架内进行分析,建立了地下水前景模型。根据每个因素对地下水潜力的影响程度确定了其合适的权重,据此绘制的图件把研究区从非常差到非常好分为五类。非常好的潜力带位于第四纪沉积层,地势平坦到稍微崎岖、沉积致密、构造上受排水渠道控制。针对地下水井和耕地的分布情况对地下水潜力图进行了检验。综合方法为干旱地区设计合适的地下水管理计划提供了强有力的工具。

Resumo

O mapeamento geoespacial das zonas de prospecção de águas subterrâneas é essencial para suprir a necessidade dos habitantes locais e atividade agrícolas em regiões áridas, como na área de El-Qaà, Península do Sinai, Egito. O estudo buscou localizar novos poços que possam servir para lidar com a escassez hídrica. A integração do sensoriamento remoto, sistemas de informação geográficas (SIG) e técnicas geofísicas é um avanço para prospecção de águas subterrâneas. Baseado nessas técnicas, foram determinados vários fatores que contribuem para a potencialidade das águas subterrâneas na planície de El-Qaà. Dados geofísicos foram respaldados por informação derivadas de um modelo digital de elevação e de dados geológicos, geomorfológicos e hidrológicos para revelar as áreas mais promissoras. Todos os dados espaciais que representam os fatores contribuintes foram integrados e analisados em um SIG para desenvolver um modelo prospectivo das águas subterrâneas. Uma ponderação adequada foi especificada para cada fator baseado na contribuição relativa para o potencial das águas subterrâneas, e o mapa resultante definiu o estudo de cinco classes, do potencial muito pobre ao excelente. As zonas de potencial excelente localizam-se nos depósitos Quaternários, com topografia plana a suave, lineamentos densos e canais de drenagem estruturalmente controlados. O mapa do potencial da água subterrânea foi testado em contraste com a distribuição de poços de águas subterrâneas e áreas agrícolas. A metodologia integrada fornece uma ferramenta poderosa para projetar um plano adequado de manejo de águas subterrâneas em regiões áridas.