Vertical electrical sounding as an exploration technique to improve on the certainty of groundwater yield in the fractured crystalline basement aquifers of eastern Uganda

Abstract

Groundwater in eastern Uganda mostly occurs in fractures in the crystalline basement rocks and at the interface between the overburden and bedrock. The study was aimed at improving the success rate of boreholes through the use of complimentary geophysical siting procedures in 16 locations in Kamuli District, eastern Uganda. Boreholes that were sited after applying appropriate geophysical techniques yielded adequate quantities of water, whereas those sited where such procedures were not applied were out of service sooner than expected. Techniques to determine the precise location of resistivity anomaly and vertical electrical sounding (VES) models were used to locate water-bearing zones. VESs were undertaken to provide an overview of the geology. The apparent resistivities of the water-bearing zones both from VES and resistivity profiling data, had a relationship with the success rates of the boreholes. Electrical resistivities were correlated with hydrogeological parameters. The majority of successful boreholes had, within water-bearing zones, minimum apparent resistivity values less than 200 and 100 Ohmm, from the resistivity profiling anomalies and VES, respectively. The depth to bedrock was generally greater than 20 m below ground level, which indicates potential for medium yielding boreholes.

Résumé

Les eaux souterraines dans l’est de l’Ouganda se trouvent principalement dans les fractures des roches cristallines et à l’interface entre la couverture et le substrat rocheux. L’étude prétend améliorer le taux de succès de forages productifs à l’aide de méthodes géophysiques complémentaires appliquées sur 16 sites du District de Kamili à l’est de l’Ouganda. Les forages localisés à l’aide des méthodes géophysiques appropriées ont permis l’exploitation de quantités d’eau importantes alors que les forages installés sans études géophysiques préalables ont vu leur production se tarir rapidement. Les techniques permettant la localisation précise des anomalies de résistivité et les modèles faits par sondages électriques verticaux (SEV) ont été utilisées pour la localisation des réservoirs d’eau. Les SEV ont été effectués dans le but d’apporter une vue d’ensemble sur la géologie locale. Les résistivités apparentes des aquifères données par les SEV et les profils de résistivité sont en relation avec le taux de succès des forages productifs. Les résistivités électriques sont corrélées avec les paramètres hydrogéologiques. La majorité des forages productifs des zones aquifères ont une résistivité apparente minimum de moins de 200 Ohm-mètres et 100 Ohm-mètres, d’après les données respectives des profils des anomalies de résistivités et des SEV. La profondeur du substrat rocheux est généralement supérieure à 20 m, ce qui permettrait potentiellement des forages de productivité moyenne.

Resumo

A água subterrânea, no leste do Uganda, ocorre principalmente nas fracturas das rochas cristalinas do soco e na interface entre as rochas de cobertura e a rocha sã. O estudo teve como objectivo melhorar a taxa de sucesso dos furos através do uso de geofísica complementar para a sua localização, em 16 locais no Distrito de Kamuli, no leste do Uganda. Os furos que foram localizados depois de aplicadas técnicas de geofísica apropriadas, forneceram caudais adequados, ao passo que aqueles que foram localizados sem esses procedimentos ficaram fora de serviço antes do esperado. Técnicas para determinar a localização precisa das anomalias de resistividade e modelos de Sondagens Eléctricas Verticais (VES) foram usados para localizar as zonas aquíferas. Foram realizados VES para fornecer uma visão geral da geologia. As resistividades aparentes das zonas aquíferas, obtidas quer a partir dos VES, quer a partir dos perfis de resistividade, estão relacionadas com a taxa de sucesso dos furos. As resistividades eléctricas foram correlacionadas com parâmetros hidrogeológicos. A maioria dos furos com sucesso têm, dentro dos níveis aquíferos, valores de resistividade aparente mínima inferiores a 200 Ohm-metro e a 100 Ohm-metro, nas anomalias dos perfis de resistividade e nos VES, respectivamente. A profundidade à rocha sã é geralmente superior a 20 m abaixo do nível da água subterrânea, o que é indicador de um potencial hidrogeológico médio.

Resumen

El agua subterránea en el este de Uganda mayormente se aloja en rocas del basamento cristalino fracturado y en la interfase entre los sedimentos suprayacentes y la roca de base. Este estudio se propone mejorar el índice de éxitos de perforaciones a través del uso de técnicas geofísicas complementarias en 16 sitios del distrito Kamuli, este de Uganda. Las perforaciones que fueron ubicadas luego de la aplicación de técnicas geofísicas apropiadas rindieron cantidades adecuadas de agua, mientras que aquellas que se ubicaron sin apoyo geofísico se agotaron antes de lo esperado. Se usaron técnicas que determinan la ubicación precisa de anomalías resistivas y modelos de sondeos eléctricos verticales (SEV) para localizar las zonas portadoras de agua. Los SEVs sirvieron para proveer una visión general de la geología. La resistividad aparente de las zonas portadoras de agua, obtenidas de los SEVs y de los perfiles de resistividad, se relacionaron con el índice de éxito de las perforaciones. Las resistividades eléctricas se correlacionaron con los parámetros hidrogeológicos. Dentro de las zonas portadoras de agua, la mayoría de las perforaciones exitosas mostraron valores de resistividad aparente mínima menor a 200 Ohm-m (según los perfiles de resistividad) y menor a 100 Ohm-m (según los SEVs). La profundidad a la roca de base fue generalmente mayor de 20 m por debajo de la superficie del terreno, lo que señala un potencial de rendimiento medio de las perforaciones.