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

Resumo Técnico: Mapeamento do Potencial de Águas Subterrâneas da Região de Imiter, Anti-Atlas, Marrocos

Definição do Problema
Na região árida de Imiter, no centro do Anti-Atlas, Marrocos, a água superficial é escassa e a ocorrência de águas subterrâneas é descontínua, sendo regida principalmente pela permeabilidade secundária relacionada a fraturas, em vez da porosidade primária. A exploração hidrogeológica tradicional nestes terrenos de rocha dura é dificultada pela falta de águas superficiais perenes, registros esparsos de rendimento de poços e dados piezométricos limitados. Consequentemente, há uma necessidade crítica de ferramentas de escala regional para delinear zonas favoráveis às águas subterrâneas (GWPZs) que possam orientar futuras investigações de campo e reduzir a incerteza no planejamento dos recursos hídricos. As abordagens de Análise de Decisão Multicritério (MCDA) existentes frequentemente sofrem com a subjetividade na ponderação de fatores, explicação insuficiente de proxies indiretos e validação limitada à consistência interna ou observações de campo esparsas, que podem não confirmar o significado físico das zonas previstas.

Metodologia
Este estudo propõe um fluxo de trabalho reproduzível integrando sensoriamento remoto de múltiplas fontes, análise morfoestrutural e validação geofísica independente dentro de uma estrutura MCDA baseada em SIG. A metodologia prossegue através de cinco etapas principais:

1. Derivação de Camadas Temáticas: Oito fatores foram selecionados para representar os principais controles sobre a favorabilidade das águas subterrâneas em terrenos de rocha dura fraturada:

   • Estrutural: Densidade de lineamentos (extraída da análise morfoestrutural).
   • Morfométrica: Índice de Umidade Topográfica (TWI), Declividade e Densidade de Drenagem (derivados de SRTM DEM).
   • Condições de Superfície: Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) calculado a partir de imagens Sentinel-2.
   • Alteração Hidrotérmica: Três camadas distintas derivadas de dados ASTER VNIR–SWIR: Carbonato, Caulinita e alteração de Fe³⁺. Estas foram tratadas como indicadores indiretos de interações passadas entre fluido e rocha e domínios estruturalmente enfraquecidos, em vez de marcadores diretos de água subterrânea.

2. Reclassificação e Ponderação: Todas as camadas foram reclassificadas em escores ordinais de favorabilidade (1–5). Uma análise de sobreposição ponderada foi realizada onde a Densidade de Lineamentos recebeu a maior influência (24%), refletindo o domínio da permeabilidade por fraturas. O TWI (16%), a Declividade (14%) e a Densidade de Drenagem (13%) seguiram-se. As três camadas de alteração hidrotérmica foram ponderadas individualmente (10%, 9% e 6%, respectivamente) para preservar suas contribuições espaciais distintas, enquanto o NDVI recebeu o menor peso (8%) devido à vegetação escassa da região.

3. Geração do Modelo: As camadas ponderadas foram somadas para produzir um Índice de Potencial de Águas Subterrâneas, reclassificado em cinco zonas variando de "Muito Baixa" a "Muito Alta".

4. Validação Independente: Para evitar o raciocínio circular, o modelo foi validado utilizando dados radiométricos aerotransportados independentes (Urânio, Tório, Potássio). Duas razões, U/Th e Th/K, foram calculadas. Estas razões não foram utilizadas na construção do modelo, mas serviram como proxies externos para contrastes litológicos e de alteração.

5. Avaliação Estatística: Uma validação baseada em pontos foi realizada utilizando 5.307 pontos de extração. O acordo entre as classes de GWPZ previstas e as razões radiométricas foi quantificado usando métricas de Acurácia, Precisão, Recall e F1-score.

Principais Resultados

• Distribuição Espacial: O mapa de GWPZ resultante revela que as zonas de alto potencial não estão distribuídas aleatoriamente, mas concentram-se preferencialmente ao longo de corredores fraturados e domínios hidrotérmicos alterados, particularmente nas partes central e centro-sul da área de estudo. Estas zonas coincidem com áreas onde a alta densidade de lineamentos se sobrepõe a uma umidade topográfica favorável e declividades moderadas.
• Influência dos Fatores: O modelo confirma que a favorabilidade das águas subterrâneas na região de Imiter é controlada estruturalmente. A densidade de lineamentos permanece como o fator dominante, seguida pelas condições do terreno (TWI e declividade) que regulam a infiltração. A integração de camadas separadas de alteração hidrotérmica forneceu evidências complementares de zonas de interação fluido-rocha.
• Desempenho de Validação:
  • A razão Th/K demonstrou o maior acordo com as zonas favoráveis previstas, atingindo uma acurácia de 0,601, precisão de 0,632, recall de 0,857 e um F1-score de 0,728.
  • A razão U/Th forneceu suporte complementar com uma acurácia de 0,537, precisão de 0,571, recall de 0,828 e um F1-score de 0,676.
  • Os altos valores de recall indicam que o modelo captura com sucesso a maioria das zonas identificadas como favoráveis pelos indicadores radiométricos, enquanto a precisão moderada sugere uma abordagem conservadora que retém alvos potenciais para investigações subsequentes.

Significância e Alegações
O artigo afirma que este fluxo de trabalho fornece um arcabouço fisicamente significativo e reproduzível para a prospectividade de águas subterrâneas em escala regional em terrenos de rocha dura, áridos e estruturalmente complexos, onde os dados hidrogeológicos convencionais são escassos.

• Inovação Metodológica: Ao contrário de estudos anteriores que frequentemente tratam a alteração hidrotérmica como uma única variável composta ou dependem exclusivamente da litologia, este estudo integra três indicadores distintos de alteração derivados de ASTER separadamente. Esta abordagem captura melhor a influência específica da interação fluido-rocha e do enfraquecimento estrutural no embasamento Precambrian.
• Estratégia de Validação: O estudo introduz uma estratégia de validação robusta utilizando razões radiométricas aerotransportadas independentes (U/Th e Th/K). Isto aborda a limitação comum de validação em regiões com escassez de dados, fornecendo uma verificação de consistência em escala regional que é independente das variáveis preditivas.
• Aplicação Prática: Os autores posicionam o mapa de GWPZ resultante não como um preditor direto da produtividade do aquífero ou um substituto para a perfuração, mas como uma ferramenta de priorização. Ele identifica alvos de primeira ordem para subsequente verificação de campo, como tomografia de resistividade elétrica e reconhecimento hidrogeológico direcionado.
• Adaptação Contextual: O estudo enfatiza que o esquema de ponderação é especificamente adaptado ao funcionamento hidrogeológico dos aquíferos fraturados do Precambrian no Anti-Atlas, onde a permeabilidade secundária e a conectividade estrutural superam a porosidade litológica, distinguindo-se de modelos desenvolvidos para ambientes sedimentares ou cársticos.