Groundwater Potential Mapping Using Geophysical Data and Entropy Method in a Typical Basement Complex Environment, Southwestern Nigeria

Abstract

The study applied an objective method of weight assignment involving the entropy method to assign weights to groundwater conditioning factors in order of their relative importance to groundwater potential in a typical basement complex environment of southwestern, Nigeria. The groundwater conditioning factors involving aquifer resistivity, overburden thickness, coefficient of reflection, co-efficient of anisotropy and bedrock topography are geoelectric parameters obtained from the electrical resistivity data. Weights assignment using the entropy method shows that the groundwater conditioning factors in order of their importance are aquifer resistivity, overburden thickness, coefficient of reflection, coefficient of anisotropy and bedrock topography. Maps of the weighted conditioning factors were integrated in GIS environment to produce the groundwater potential map of the study area. The groundwater potential map was subsequently subjected to concentration area (C–A) fractal modeling to classify the maps into five classes into background; low; moderate; high and very high in a data driven way. The background anomaly indicated areas of no groundwater potential. The classified groundwater potential map showed that areas of background and low groundwater potential are located majorly in the western flank of the study area coinciding spatially with the occurrence of charnockite. Furthermore, areas of moderate to very high groundwater potential are majorly located in the northern flank of the study area, extending through the central flank to the eastern flank of the study area, coinciding spatially majorly with granite in the study area. The study showed that granite in the study area is the most promising in terms of groundwater potential because it favors the performance of the groundwater conditioning index used in this study. The validation of the groundwater potential map generated with the productive water wells in the study area shows 75% agreement which showed that the model used in this study is a workable model for groundwater potential mapping. It can further guide water resource experts on groundwater mapping and management in the study area and other similar geologic environments in the world.

L’étude a appliqué une méthode objective d’attribution de poids impliquant la méthode d'entropie pour attribuer des poids aux facteurs de conditionnement des eaux souterraines dans l’ordre de leur importance relative pour le potentiel des eaux souterraines dans un environnement complexe de sous-sol typique du sud-ouest du Nigeria. Les facteurs de conditionnement des eaux souterraines impliquant la résistivité de l'aquifère, l’épaisseur du mort-terrain, le coefficient de réflexion, le coefficient d'anisotropie et la topographie du substrat rocheux sont des paramètres géoélectriques obtenus à partir des données de résistivité électrique. L’attribution des pondérations à l’aide de la méthode d'entropie montre que les facteurs de conditionnement des eaux souterraines par ordre d’importance sont la résistivité de l’aquifère, l’épaisseur du mort-terrain, le coefficient de réflexion, le coefficient d'anisotropie et la topographie du substrat rocheux. Des cartes des facteurs de conditionnement pondérés ont été intégrées dans l’environnement SIG pour produire la carte du potentiel des eaux souterraines de la zone d'étude. La carte du potentiel des eaux souterraines a ensuite été soumise à une modélisation fractale de la zone de concentration (C – A) pour classer les cartes en cinq classes en arrière-plan ; bas; modéré; élevé et très élevé d'une manière axée sur les données. L’anomalie de fond indiquait des zones sans potentiel d’eaux souterraines. La carte classée du potentiel des eaux souterraines a montré que les zones de fond et de faible potentiel des eaux souterraines sont situées principalement dans le flanc ouest de la zone d'étude coïncidant spatialement avec la présence de charnockite. De plus, les zones à potentiel hydrique souterrain modéré à très élevé sont principalement situées sur le flanc nord de la zone d'étude, s'étendant du flanc central jusqu'au flanc est de la zone d'étude, coïncidant spatialement avec le granite dans la zone d'étude. L'étude a montré que le granite de la zone d'étude est le plus prometteur en termes de potentiel d'eau souterraine car il favorise la performance de l’indice de conditionnement des eaux souterraines utilisé dans cette étude. La validation de la carte du potentiel des eaux souterraines générée avec les puits d'eau productifs dans la zone d'étude montre un accord de 75 %, ce qui montre que le modèle utilisé dans cette étude est un modèle exploitable pour la cartographie du potentiel des eaux souterraines. Il peut en outre guider les experts en ressources en eau sur la cartographie et la gestion des eaux souterraines dans la zone d’étude et d'autres environnements géologiques similaires dans le monde.

طبقت الدراسة طريقة موضوعية لتخصيص الوزن تتضمن طريقة االنتروبي التعيين أوزان لعوامل تكييف المياه
الجوفية بالترتيب من حيث أهميتها النسبية إلمكانات المياه الجوفية في بيئة معقد قاعدي نموذجي في جنوب غرب
نيجيريا. إن عوامل تكييف المياه الجوفية التي تتضمن مقاومة الخزان الجوفي، وسمك الطبقة السطحية، ومعامل
االنعكاس، ومعامل تباين الخواص وطبو غرافيا القاعدة هي معلما تجي وكهر بائية تم الحصول عليها من بيانات المقاومة
الكهربائية. يوضحت خصيص األوزان باستخدام طريقة االنتروبيا أن عوامل تكييف المياه الجوفية بالترتيب من حيث
أهميتها هي مقاومة الخزان الجوفي، وسمك الطبقة السطحية، ومعامل االنعكاس، ومعامل تباين الخواص، وطب وغرافيا
القاعدة. تم دمج خرائط عوامل التكييف الموزونة في بيئة نظم المعلومات الجغرافية إلنتاج خريطة احتمالية المياه
الجوفية لمنطقة الدراسة. تم إخضاع خريطة احتمالية المياه الجوفية الحقًا لنمذجة منطقة التركيز (A-C (لتصنيف
الخرائط إلى خمس فئات في الخلفية؛ قليل؛ معتدل؛ عالية وعالية جدًا بطريقة تعتمد على البيانات. يشير الشذوذ في
الخلفية إلى مناطق ال توجد فيها إمكانية للمياه الجوفية. أظهر تخريطة إمكانات المياه الجوفية المصنفة أن مناطق الخلفية
وانخفاض إمكانيات المياه الجوفية تقع بشكل رئيسي في الجانب الغربي من منطقة الدراسة متزامنة مكانيًا معوجود
الكارنوكيت. عالوة على ذلك، فإن المناطق ذات اإلمكانات المتوسطة إلى العالية جدًا للمياه الجوفية تقع بشكل رئيسي
في الجهة الشمالية من منطقة الدراسة، وتمتد من خالال لجناح المركزي إلى الجانب الشرقي من منطقة الدراسة، متزامنة
بشكل مكاني مع الجرانيت في منطقة الدراسة. أوضحت الدراسة أن الجرانيت في منطقة الدراسة هو األكثر واعدة من
حيث إمكانات المياه الجوفية ألنه يفضل أداء مؤشر تكييف المياه الجوفية المستخدم في هذه الدراسة. يُظهر التحقق من
صحة خريطة احتمالية المياه الجوفية الناتجة عن آبار المياه المنتجة في منطقة الدراسة اتفاقًا بنسبة )%75 )مما أظهر
أن النموذج المستخدم في هذه الدراسة هو نموذج عملي لرسم خرائط إمكانات المياه الجوفية. يمكن أن يوجه خبراء
الموارد المائية أيضًا حول رسم خرائط المياه الجوفية وإدارتها في منطقة الدراسة والبيئات الجيولوجية المماثلة األخرى

                                                                                                                في العالم.