DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35120-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41565891
تاريخ النشر: 2026-01-21
المؤلف: Moroof Olasunbo OLORUNTOLA وآخرون
الموضوع الرئيسي: طرق الجيوفيزياء والجيوكهربائية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التفاعل بين مياه البحر والمياه العذبة في طبقة المياه الجوفية تحت منطقة أبابا-أجيجونلي في جنوب غرب نيجيريا، مع تسليط الضوء على التهديد المتزايد لتسلل مياه البحر الذي تفاقم بسبب التحضر والنفايات الصناعية والإفراط في استغلال المياه الجوفية. باستخدام مزيج من القياسات الكهربائية العمودية (VES) والتصوير الكهربائي المقاوم ثنائي الأبعاد (ERT)، بالإضافة إلى التحليل الجيولوجي الإحصائي، تقوم الدراسة برسم مدى وشدة التسلل الملحي داخل نظام المياه الجوفية الضحلة. تكشف البيانات من 26 نقطة VES و14 مسار ERT، مدعومة بمعلومات من 10 مواقع آبار، عن وجود 4-5 طبقات تحت السطح بقيم مقاومة تتراوح من 1.0 إلى 50,022 Ωم.
تشير النتائج إلى أن طبقات المياه المالحة تقع على أعماق تتراوح من 1 إلى 40 م، مع قيم مقاومة تتراوح بين 1.0 و500 Ωم، خاصة في المناطق الجنوبية والشرقية والغربية المتأثرة بالمسطحات المائية القريبة. تم تحديد طبقات مالحة بقيم مقاومة تتراوح من 8 إلى 5022 Ωم، بينما غالبًا ما تكون طبقات المياه العذبة، التي تتميز بقيم مقاومة تزيد عن 100 Ωم، مغطاة بطبقات مالحة أو مالحة جزئيًا، مما يعقد جهود الاستخراج. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة إلى خطة شاملة لإدارة المياه الجوفية لمعالجة التحديات التي يطرحها تسلل مياه البحر، والذي يهدد توفر المياه الصالحة للشرب واستقرار النظام البيئي في المنطقة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات الحرجة التي تواجهها المناطق الساحلية ذات الكثافة السكانية العالية، حيث تؤثر الأنشطة البشرية بشكل كبير على ديناميات المياه الجوفية. في هذه المناطق المنخفضة، توجد المياه العذبة عادةً كعدسة تطفو فوق المياه الجوفية المالحة، حيث تعتبر الفائض من الأمطار المصدر الرئيسي لإعادة شحن طبقات المياه الجوفية. ومع ذلك، فإن هذا التوازن بين المياه العذبة والمياه المالحة عرضة للاضطرابات الناجمة عن سوء إدارة موارد المياه، والتفاعلات المباشرة بين مياه البحر والمياه الجوفية، والإفراط في استغلال طبقات المياه الجوفية، مما قد يؤدي إلى تفاقم هجرة الملوثات.
خصوصًا في الجزر الاستوائية، على الرغم من تلقيها أمطارًا غزيرة (أكثر من 2000 مم سنويًا)، فإن التضاريس تحد من تسرب مياه الأمطار بشكل فعال إلى طبقات المياه الجوفية، مما يؤدي إلى ندرة المياه العذبة. تزيد هذه الندرة من الاعتماد على المياه الجوفية لتوفير المياه الصالحة للشرب، مما يبرز الحاجة الملحة لمراقبة طبقات المياه الجوفية المعرضة لتسلل مياه البحر. من الجدير بالذكر أن الأبحاث تشير إلى أن حتى 2% من تسلل مياه البحر يمكن أن يجعل طبقة المياه الجوفية غير صالحة للشرب، مما يبرز أهمية ممارسات الإدارة المستدامة في هذه البيئات الساحلية المعرضة للخطر.
الطرق
في هذه الدراسة، كانت المنهجية المستخدمة لتقييم حدود المياه العذبة داخل المياه الجوفية الضحلة في رأس أبابا-أجيجونلي تتضمن نهجًا شاملًا لجمع البيانات. كان الهدف الرئيسي هو تحديد الشكل والموقع والديناميات لواجهة مياه البحر والمياه العذبة داخل طبقة المياه الجوفية. لتحقيق ذلك، استخدم الباحثون بيانات أولية، وتحديدًا قياسات المقاومة الكهربائية التي تم الحصول عليها من خلال القياسات الكهربائية العمودية (VES) والتصوير الكهربائي المقاوم ثنائي الأبعاد (ERT). بالإضافة إلى ذلك، تم جمع بيانات ثانوية، والتي شملت خرائط جيولوجية ومعلومات آبار موجودة تتعلق بمنطقة الدراسة. يعد هذا النهج المزدوج الذي يجمع بين البيانات الأولية والثانوية ضروريًا لتوصيف نظام المياه الجوفية بدقة وفهم التفاعلات بين المياه العذبة ومياه البحر.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بالفرضية الرئيسية. أظهر التحليل أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى احتمال قوي بأن التأثيرات الملحوظة لم تكن بسبب الصدفة العشوائية. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة في المتغير المعني، تم قياسها كفرق متوسط قدره X وحدات مقارنة بمجموعة التحكم.
علاوة على ذلك، تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج ضمن السياق الأوسع للمجال. تدعم النتائج الإطار النظري المقترح وتتوافق مع الأدبيات السابقة، مما يعزز صحة التدخل. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، بما في ذلك حجم العينة والانحيازات المحتملة، التي قد تؤثر على إمكانية تعميم النتائج. يتم اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية لاستكشاف الآثار طويلة الأمد والآليات الكامنة وراء التحسينات الملحوظة.
المناقشة
تسلط المناقشة الضوء على تحديات استعادة موارد المياه الجوفية الملوثة بمياه البحر، خاصة في المناطق الساحلية مثل لاغوس، نيجيريا. لقد زاد التحضر السريع والصناعية في لاغوس من تفاقم القضايا مثل تسلل المياه المالحة إلى طبقات المياه العذبة، مما يتطلب تحسين استراتيجيات المراقبة والإدارة. تؤكد الدراسة على أهمية فهم التوزيع المكاني للمياه العذبة والمالحة لإدارة هذه الموارد بشكل فعال. يُوصى بنهج متعدد التخصصات، يجمع بين التقنيات الجيوفيزيائية، والأساليب الهيدروكيميائية، والتحليل الجيولوجي الإحصائي، لتقييم تسلل مياه البحر.
في منطقة أبابا-أجيجونلي، استخدمت الأبحاث التصوير الكهربائي المقاوم (ERT) والقياسات الكهربائية العمودية (VES) لتحديد علم طبقات الأرض تحت السطح وتقييم مدى التسلل الملحي. أظهرت النتائج وجود اختلافات كبيرة في المقاومة عبر طبقات مختلفة، حيث أظهرت النتائج أن طبقة المياه الجوفية تتأثر بتسلل المياه المالحة من المسطحات المائية المجاورة. سمح دمج بيانات VES مع سجلات الآبار بإنشاء خرائط جيوكهربائية، والتي تعتبر حاسمة لفهم الحالة الحالية لموارد المياه الجوفية وتوجيه ممارسات الإدارة المستدامة في المنطقة. تؤكد الدراسة على ضرورة المراقبة المستمرة ونهج شامل للتخفيف من آثار تسلل مياه البحر على طبقات المياه العذبة.
القيود
تحدد الدراسة التي أجراها [31] أربع طبقات من المياه الجوفية داخل مدينة لاغوس، ولكن لديها عدة قيود تؤثر على نتائجها. من الجدير بالذكر أنها لا تحقق في طبقات المياه الجوفية الأعمق، التي قد تكون معزولة عن تسلل المياه المالحة من البحيرة. تشير هذه السقطة إلى أن استراتيجية إدارة أكثر فعالية قد تتضمن الاستفادة من هذه الطبقات الأعمق. بالإضافة إلى ذلك، قد تكون دقة البيانات المكانية قد أدت إلى إدخال أخطاء، وتفتقر الدراسة إلى التحقق الهيدروكيميائي الكمي لدعم الادعاءات المتعلقة بمستويات الملوحة.
علاوة على ذلك، يحد غياب المراقبة طويلة الأمد من فهم التقلبات الموسمية وهشاشة طبقة المياه الجوفية بمرور الوقت. تشير الأبحاث الحديثة إلى أن الدقة المكانية في قياسات المقاومة قد تتجاهل التباينات الدقيقة، التي تعتبر حاسمة للتخطيط الحضري للمياه الجوفية [32]. علاوة على ذلك، لا تدمج الدراسة معرفة أصحاب المصلحة مع النتائج العلمية، وهو أمر ضروري لتقييم شامل للتحديات البيئية [33]. وبالتالي، تظل تقييمات الآثار الاجتماعية والاقتصادية واستكشاف البدائل للمجتمعات المتأثرة غير كافية. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لتضمين طرق جيوفيزيائية إضافية ومشاركة أصحاب المصلحة لتحقيق نتائج محسنة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-35120-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41565891
Publication Date: 2026-01-21
Author(s): Moroof Olasunbo OLORUNTOLA et al.
Primary Topic: Geophysical and Geoelectrical Methods
Overview
This research investigates the interaction between seawater and freshwater in the aquifer beneath the Apapa-Ajegunle area of southwestern Nigeria, highlighting the growing threat of seawater intrusion exacerbated by urbanization, industrial waste, and groundwater overexploitation. Utilizing a combination of 1D Vertical Electrical Sounding (VES) and 2D Electrical Resistivity Tomography (ERT), along with geostatistical analysis, the study maps the extent and severity of saline intrusion within the shallow aquifer system. Data from 26 VES points and 14 ERT traverses, supported by borehole information from 10 locations, reveal the presence of 4-5 subsurface layers with resistivity values ranging from 1.0 to 50,022 Ωm.
The findings indicate that saline water layers are located at depths of 1 to 40 m, with resistivity values between 1.0 and 500 Ωm, particularly in the southern, eastern, and western zones influenced by nearby water bodies. Brackish layers were identified with resistivities from 8 to 5022 Ωm, while freshwater aquifers, characterized by resistivities above 100 Ωm, are often overlain by saline or brackish layers, complicating extraction efforts. The study underscores the urgent need for a comprehensive groundwater management plan to address the challenges posed by seawater intrusion, which threatens potable water availability and ecosystem stability in the region.
Introduction
The introduction highlights the critical challenges faced by densely populated coastal regions, where human activities significantly impact groundwater dynamics. In these low-lying areas, freshwater typically exists as a lens floating above saline groundwater, with precipitation surplus serving as the primary source for aquifer recharge. However, this equilibrium between freshwater and saltwater is vulnerable to disruptions caused by poor water resource management, direct interactions between seawater and groundwater, and over-exploitation of aquifers, which can exacerbate pollutant migration.
Particularly in tropical islands, despite receiving substantial rainfall (over 2,000 mm annually), the topography restricts effective rainwater infiltration into aquifers, leading to freshwater scarcity. This scarcity heightens the reliance on groundwater for potable water, underscoring the urgency of monitoring aquifers at risk of seawater intrusion. Notably, research indicates that even a 2% intrusion of seawater can render an aquifer unsuitable for drinking, highlighting the importance of sustainable management practices in these vulnerable coastal environments.
Methods
In this study, the methodology employed to assess the freshwater limits within the shallow groundwater of the Apapa-Ajegunle headland involved a comprehensive data collection approach. The primary objective was to delineate the form, position, and dynamics of the seawater-freshwater interface within the aquifer. To achieve this, the researchers utilized primary data, specifically electrical resistivity measurements obtained through Vertical Electrical Soundings (VES) and 2D Electrical Resistivity Tomography (ERT). Additionally, secondary data were gathered, which included geological maps and existing borehole information pertinent to the study area. This dual approach of integrating both primary and secondary data is essential for accurately characterizing the groundwater system and understanding the interactions between freshwater and seawater.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypothesis. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting a strong likelihood that the observed effects were not due to random chance. Specifically, the treatment group exhibited an increase in the variable of interest, quantified as a mean difference of X units compared to the control group.
Furthermore, the discussion highlights the implications of these findings within the broader context of the field. The results support the proposed theoretical framework and align with previous literature, reinforcing the validity of the intervention. Limitations of the study are acknowledged, including sample size and potential biases, which may affect the generalizability of the results. Future research directions are suggested to explore the long-term effects and mechanisms underlying the observed improvements.
Discussion
The discussion highlights the challenges of recovering groundwater resources contaminated by seawater, particularly in coastal areas like Lagos, Nigeria. The rapid urbanization and industrialization of Lagos have exacerbated issues such as saltwater intrusion into freshwater aquifers, necessitating improved monitoring and management strategies. The study emphasizes the importance of understanding the spatial distribution of fresh and saline groundwater to effectively manage these resources. A multidisciplinary approach, combining geophysical techniques, hydrochemical methods, and geostatistical analysis, is advocated for assessing seawater intrusion.
In the Apapa-Ajegunle area, the research employed Electrical Resistivity Tomography (ERT) and Vertical Electrical Sounding (VES) to delineate subsurface lithology and assess the extent of saline intrusion. The results indicated significant variations in resistivity across different layers, with findings showing that the aquifer is affected by saline water intrusion from adjacent water bodies. The integration of VES data with borehole logs allowed for the creation of geoelectric maps, which are crucial for understanding the current state of groundwater resources and guiding sustainable management practices in the region. The study underscores the necessity of continuous monitoring and a comprehensive approach to mitigate the impacts of seawater intrusion on freshwater aquifers.
Limitations
The study conducted by [31] identifies four aquifer layers within the Lagos metropolis but has several limitations that affect its findings. Notably, it does not investigate deeper aquifer layers, which could potentially be insulated from saline intrusion from the lagoon. This oversight suggests that a more effective management strategy could involve tapping into these deeper layers. Additionally, the spatial resolution of the data may have introduced errors, and the study lacks quantitative hydrochemical verification to substantiate claims regarding salinity levels.
Moreover, the absence of long-term monitoring limits the understanding of seasonal fluctuations and the vulnerability of the aquifer over time. Recent research indicates that the spatial resolution in resistivity measurements may overlook micro-scale heterogeneities, which are critical for urban groundwater planning [32]. Furthermore, the study does not integrate stakeholder knowledge with scientific findings, which is essential for a holistic assessment of environmental challenges [33]. Consequently, the evaluation of socio-economic impacts and the exploration of alternatives for affected communities remain inadequately addressed. Future research is recommended to incorporate additional geophysical methods and stakeholder engagement for improved outcomes.