Groundwater potential mapping of the Imiter region, Anti-Atlas, Morocco

Resumen Técnico: Mapeo del Potencial de Aguas Subterráneas de la Región de Imiter, Anti-Atlas, Marruecos

Planteamiento del Problema
En la árida región de Imiter, en el Anti-Atlas central, Marruecos, el agua superficial es escasa y la presencia de aguas subterráneas es discontinua, gobernada principalmente por la permeabilidad secundaria relacionada con fracturas en lugar de la porosidad primaria. La exploración hidrogeológica tradicional en este terreno de roca dura se ve obstaculizada por la falta de agua superficial perenne, la escasez de registros de rendimiento de pozos y los limitados datos piezométricos. En consecuencia, existe una necesidad crítica de herramientas a escala regional para delinear zonas favorables para las aguas subterráneas (GWPZ, por sus siglas en inglés) que puedan guiar futuras investigaciones de campo y reducir la incertidencia en la planificación de los recursos hídricos. Los enfoques de Análisis de Decisión Multicriterio (MCDA) existentes suelen sufrir de una ponderación subjetiva de factores, una explicación insuficiente de los proxies indirectos y una validación limitada a la consistencia interna o a observaciones de campo dispersas, que pueden no confirmar la significación física de las zonas predichas.

Metodología
Este estudio propone un flujo de trabajo reproducible que integra teledetección multifuente, análisis morfofestructural y validación geofísica independiente dentro de un marco de MCDA basado en SIG. La metodología avanza a través de cinco etapas clave:

1. Derivación de Capas Temáticas: Se seleccionaron ocho factores para representar los controles primarios sobre la favorabilidad de las aguas subterráneas en terrenos de roca dura fracturada:

   • Estructural: Densidad de lineamientos (extraída de un análisis morfofestructural).
   • Morfométrico: Índice de Humedad Topográfica (TWI), Pendiente y Densidad de Drenaje (derivados de un DEM SRTM).
   • Condiciones de Superficie: Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI) calculado a partir de imágenes Sentinel-2.
   • Alteración Hidrotérmica: Tres capas distintas derivadas de datos ASTER VNIR–SWIR: Carbonato, Caolinita y alteración de Fe³⁺. Estas fueron tratadas como indicadores indirectos de la interacción pasada fluido-roca y dominios estructuralmente debilitados, en lugar de marcadores directos de agua subterránea.

2. Reclasificación y Ponderación: Todas las capas fueron reclasificadas en puntuaciones de favorabilidad ordinal (1–5). Se realizó un análisis de superposición ponderada donde la Densidad de Lineamientos recibió la mayor influencia (24%), reflejando el predominio de la permeabilidad por fractura. El TWI (16%), la Pendiente (14%) y la Densidad de Drenaje (13%) le siguieron. Las tres capas de alteración hidrotérmica fueron ponderadas individualmente (10%, 9% y 6% respectivamente) para preservar sus contribuciones espaciales distintivas, mientras que el NDVI recibió el peso más bajo (8%) debido a la escasa vegetación de la región.

3. Generación del Modelo: Las capas ponderadas se sumaron para producir un Índice de Potencial de Aguas Subterráneas, reclasificado en cinco zonas que van desde "Muy Baja" hasta "Muy Alta".

4. Validación Independiente: Para evitar el razonamiento circular, el modelo se validó utilizando datos radiométricos aerotransportados independientes (Uranio, Torio, Potasio). Se calcularon dos relaciones, U/Th y Th/K. Estas relaciones no se utilizaron en la construcción del modelo, sino que sirvieron como proxies externos para los contrastes litológicos y de alteración.

5. Evaluación Estadística: Se realizó una validación basada en puntos utilizando 5,307 puntos de extracción. El acuerdo entre las clases de GWPZ predichas y las relaciones radiométricas se cuantificó utilizando métricas de Exactitud (Accuracy), Precisión, Sensibilidad (Recall) y puntuación F1.

Resultados Clave

• Distribución Espacial: El mapa de GWPZ resultante revela que las zonas de alto potencial no están distribuidas al azar, sino que se concentran preferentemente a lo largo de corredores fracturados y dominios hidrotérmicamente alterados, particularmente en las partes central y sur-central del área de estudio. Estas zonas coinciden con áreas donde la alta densidad de lineamientos se superpone con una humedad topográfica favorable y pendientes moderadas.
• Influencia de los Factores: El modelo confirma que la favorabilidad de las aguas subterráneas en la región de Imiter está controlada estructuralmente. La densidad de lineamientos sigue siendo el factor dominante, seguida de las condiciones del terreno (TWI y pendiente) que regulan la infiltración. La integración de capas separadas de alteración hidrotérmica proporcionó evidencia complementaria de las zonas de interacción fluido-roca.
• Desempeño de la Validación:
  • La relación Th/K demostró el mayor acuerdo con las zonas favorables predichas, logrando una exactitud de 0.601, precisión de 0.632, sensibilidad de 0.857 y una puntuación F1 de 0.728.
  • La relación U/Th proporcionó un apoyo complementario con una exactitud de 0.537, precisión de 0.571, sensibilidad de 0.828 y una puntuación F1 de 0.676.
  • Los altos valores de sensibilidad indican que el modelo captura con éxito la mayoría de las zonas identificadas como favorables por los indicadores radiométricos, mientras que la precisión moderada sugiere un enfoque conservador que retiene objetivos potenciales para investigaciones posteriores.

Significación y Reivindicaciones
El artículo sostiene que este flujo de trabajo proporciona un marco físicamente significativo y reproducible para la prospectividad de aguas subterráneas a escala regional en terrenos de roca dura estructuralmente complejos y áridos, donde los datos hidrogeológicos convencionales son escasos.

• Innovación Metodológica: A diferencia de estudios previos que a menudo tratan la alteración hidrotérmica como una única variable compuesta o dependen únicamente de la litología, este estudio integra tres indicadores de alteración distintos derivados de ASTER de forma separada. Este enfoque captura mejor la influencia específica de la interacción fluido-roca y el debilitamiento estructural en el basamento Precámbrico.
• Estrategia de Validación: El estudio introduce una estrategia de validación robusta utilizando relaciones radiométricas aerotransportadas independientes (U/Th y Th/K). Esto aborda la limitación común de la validación en regiones con escasez de datos al proporcionar una verificación de consistencia a escala regional que es independiente de las variables predictivas.
• Aplicación Práctica: Los autores posicionan el mapa de GWPZ resultante no como un predictor directo de la productividad del acuífero o un sustituto de la perforación, sino como una herramienta de priorización. Identifica objetivos de primer orden para la verificación de campo posterior, como la tomografía de resistividad eléctrica y el reconocimiento hidrogeológico dirigido.
• Adaptación Contextual: El estudio enfatiza que el esquema de ponderación está específicamente adaptado al funcionamiento hidrogeológico de los acuíferos fracturados del Precámbrico en el Anti-Atlas, donde la permeabilidad secundaria y la conectividad estructural pesan más que la porosidad litológica, distinguiéndose de los modelos desarrollados para entornos sedimentarios o cársticos.