DOI: https://doi.org/10.7343/as-2026-928
تاريخ النشر: 2026-03-31
المؤلف: Johnson C. Ibuot وآخرون
الموضوع الرئيسي: طرق الجيوفيزياء والجيوكهربائية
نظرة عامة
تقيّم هذه الدراسة ضعف المياه الجوفية في منطقة إيشيللو المحلية، ولاية إيبوني، نيجيريا، باستخدام منهجية متكاملة تجمع بين التحليلات الجيوكهربائية والهيدروليكية والفيزيائية الكيميائية. كشفت 22 قياسات كهربائية عمودية (VES) عن أربع طبقات جيوكهربائية، حيث أظهرت وحدة المياه الجوفية قيم مقاومة كهربائية تتراوح بين 2.5 و 100.1 Ωم وسماكات تتراوح من 14 إلى 121.1 م. أشارت المعلمات الهيدروليكية المقدرة إلى مسامية معتدلة (28.5% – 32.5%) وموصلية هيدروليكية (0.16 – 0.18 م/يوم)، مما يشير إلى إمكانية معتدلة لنقل الملوثات. أشار مؤشر ضعف المياه الجوفية (AVI) إلى ضعف عالٍ في جميع المواقع الم sampled، وخاصة في المناطق الشمالية والشرقية، بسبب جداول المياه الضحلة وطبقات الحماية الرقيقة.
أظهرت التحليلات الهيدروكيميائية ارتفاع درجة الحموضة (8.9 – 9.9)، وموصلية كهربائية عالية (513 – 2,130 ميكروسيمنز/سم)، وتركيزات الحديد التي تتجاوز معايير منظمة الصحة العالمية في عدة آبار. حدد مخطط بايبر نوع المياه السائد على أنه Ca-Cl، مما يعكس التأثيرات الجيولوجية والبشرية. تؤكد النتائج على الحاجة الملحة للتحكم في استخدام الأراضي ومراقبة جودة المياه الجوفية بشكل مستمر لحماية الصحة العامة. تدعو الدراسة إلى ممارسات إدارة المياه الجوفية المستدامة، بما في ذلك تنظيمات صارمة على استخدام الأراضي وتطبيقات المواد الكيميائية الزراعية، بالإضافة إلى حملات توعية عامة لضمان استدامة موارد المياه على المدى الطويل في المنطقة. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لجمع بيانات حبيبية محددة للطبقات لتحسين دقة النمذجة.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الدور الحاسم للمياه الجوفية كمورد حيوي للشرب والري والاستخدامات الصناعية، خاصة في أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى ونيجيريا، حيث تعد المصدر الرئيسي للمياه للمجتمعات الريفية والمحيطة بالمدن. ومع ذلك، فإن سلامة هذا المورد مهددة بشكل متزايد بعوامل مثل النمو السكاني السريع، وزيادة الزراعة، والتخلص غير المنظم من النفايات، وتغيرات استخدام الأراضي. تتطلب هذه التحديات استراتيجيات فعالة لحماية المياه الجوفية ومراقبتها، خاصة في المناطق ذات البنية التحتية المحدودة لإدارة جودة المياه. تؤكد الورقة على الطبيعة المزدوجة لتلوث المياه الجوفية، والذي يمكن أن ينشأ من العمليات الجيولوجية – مثل تآكل المعادن – والأنشطة البشرية، بما في ذلك جريان المياه الزراعية والتصريفات الصناعية.
تركز الدراسة على تقييم ضعف المياه الجوفية في منطقة إيشيللو المحلية بولاية إيبوني، نيجيريا، حيث تشكل الأنشطة البشرية المتزايدة مخاطر كبيرة على جودة المياه الجوفية. تستخدم نهجًا تكامليًا يجمع بين مؤشر ضعف المياه الجوفية (AVI) المستمد من الطرق الجيوكهربائية مع التحليلات الفيزيائية الكيميائية لعينات المياه الجوفية. يهدف هذا المنهج الثنائي إلى تقديم تقييم شامل لكل من ضعف نظام المياه الجوفية المحتمل والحالة الحالية للتلوث، مما يربط بين التقييمات التنبؤية والمراقبة في الوقت الحقيقي. تهدف الأبحاث إلى تعزيز الفهم لمخاطر التلوث وإبلاغ ممارسات إدارة المياه الجوفية المستدامة في المنطقة.
طرق
أُجريت الدراسة في منطقة إيشيللو المحلية (L.G.A.)، الواقعة في ولاية إيبوني، جنوب شرق نيجيريا، والتي تتميز بإحداثيات جغرافية تتراوح بين 6°18′ شمالاً و 6°32′ شمالاً و 7°35′ شرقًا و 7°51′ شرقًا، وتغطي حوالي 872 كم². تحد المنطقة من الغرب منطقتي إزا الشمالية والجنوبية، ومنطقة إيكو من الجنوب، ومنطقتي أودينو وإيسي-أوزو في ولاية إنوجو من الشمال. يتميز التضاريس بشكل رئيسي بتضاريس متموجة برفق، متداخلة مع تلال معزولة وسلاسل منخفضة، حيث تتأثر أنظمة الصرف بشكل رئيسي بالتيارات الموسمية ونهر إيبوني، الذي يساهم في نظام نهر كروس.
تتكون الغطاء النباتي الطبيعي في المنطقة من غابات ثانوية وسافانا مشتقة، على الرغم من أن هذه تأثرت بشكل كبير بقطع الأشجار والتحضر. تشهد إيشيللو مناخًا استوائيًا رطبًا، مع موسم رطب مميز من أبريل إلى أكتوبر وموسم جاف من نوفمبر إلى مارس. تتراوح كمية الأمطار السنوية من 1,500 إلى 2,000 مليمتر، وتختلف درجات الحرارة المتوسطة بين 25 درجة مئوية و 32 درجة مئوية. تسهل الرطوبة النسبية العالية، التي تتراوح عادة بين 60% و 80%، معدلات معتدلة إلى عالية من التسرب والتبخر، وهو أمر حاسم لتغذية المياه الجوفية وتقلبات منسوب المياه.
نتائج
تكشف النتائج من مسوحات القياسات الكهربائية العمودية (VES) التي أجريت في اثنين وعشرين نقطة عن هيكل تحت السطح غير متجانس يتميز بأربع طبقات جيوكهربائية متميزة. لوحظت المنحنى من نوع HA بشكل بارز في 28.6% من النقاط، تليها أنواع QH و QQ (23.8% لكل منهما)، HK (19.1%)، و HQ (4.8%). توفر هذه التصنيفات، المستمدة من الأنواع القياسية ذات الطبقات الثلاث، رؤى حول أنماط المقاومة الكهربائية تحت السطح، والتي تعتبر حاسمة لفهم ضعف المياه الجوفية. أظهرت الطبقة الأولى قيم مقاومة تتراوح من 40.9 Ωم إلى 732.5 Ωم، بينما تراوحت الطبقة الثانية من 2.2 Ωم إلى 73.4 Ωم. كانت الطبقة الثالثة، التي تم تحديدها على أنها المياه الجوفية، تحتوي على قيم مقاومة تتراوح بين 2.5 Ωم و 100.1 Ωم، وكانت مقاومة الطبقة الرابعة تتراوح من 0.6 Ωم إلى 167.4 Ωم.
تشير التحليلات إلى أن المياه الجوفية معرضة بشدة للتلوث بسبب انخفاض قيم المقاومة الهيدروليكية، مما يشير إلى أن الغطاء الواقي إما رقيق أو قابل للاختراق. تقع جميع نقاط VES ضمن فئة “عالية” من الضعف، مما يشير إلى خطر كبير لتلوث المياه الجوفية من الملوثات السطحية. وُجدت قيم الموصلية الهيدروليكية لمناطق الفادوس معتدلة، مع مسامية تتراوح من 28.5% إلى 32.5%. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تدابير وقائية في استخدام الأراضي وبناء الآبار للتخفيف من مخاطر التلوث. بالإضافة إلى ذلك، أكدت تحليل إزالة المعلمة الواحدة على قوة مؤشر ضعف المياه الجوفية (AVI)، على الرغم من أنه يُنصح بالحذر في تفسير القيم المتطرفة التي قد تؤثر على التقييم العام.
مناقشة
تكشف الدراسة التي أُجريت في منطقة إيشيللو المحلية، جزء من حوض بنوي السفلي في نيجيريا، عن رؤى مهمة حول الجيولوجيا والهيدروجيولوجيا وجودة المياه الجوفية في المنطقة. تعرض التكوينات الجيولوجية، بما في ذلك مجموعة نهر أاسو وتكوين إيزاكو، مساميات واختراقات متفاوتة، مما يؤثر على توفر المياه الجوفية. تحدد الأبحاث نوعين رئيسيين من المياه الجوفية: مياه جوفية غير محصورة ضحلة في طبقات تآكل، ومياه جوفية شبه محصورة أعمق في صخور مكسورة. تعتبر المياه الجوفية غير المحصورة، التي تعتبر حيوية للآبار اليدوية المحلية، معرضة بشكل خاص للتلوث بسبب عمقها الضحل وتعرضها المباشر للملوثات السطحية.
باستخدام القياسات الكهربائية العمودية (VES) والتحليلات الهيدروكيميائية، تقيم الدراسة ضعف المياه الجوفية، كاشفة عن تعرض عالٍ عبر المنطقة، خاصة في المناطق الشمالية والشرقية. يشير مؤشر ضعف المياه الجوفية (AVI) إلى أن الطبقات الواقية فوق المياه الجوفية إما رقيقة أو قابلة للاختراق بشكل كبير، مما يسهل تسرب الملوثات. تُظهر تحليل جودة المياه الجوفية ارتفاع مستويات درجة الحموضة (8.9-9.9) وموصلية كهربائية عالية (513-2,130 ميكروسيمنز/سم)، مما يشير إلى مخاطر ملوحة مرتبطة بالتأثيرات الجيولوجية والبشرية. من الجدير بالذكر أن تركيزات الكالسيوم والحديد تتجاوز معايير منظمة الصحة العالمية، مما يشير إلى مخاطر صحية محتملة مرتبطة بالمياه العسرة والتلوث. تؤكد النتائج على الحاجة إلى استراتيجيات مستهدفة لحماية المياه الجوفية ومراقبة مستمرة لحماية الصحة العامة وضمان استخدام مستدام للمياه في المنطقة.
DOI: https://doi.org/10.7343/as-2026-928
Publication Date: 2026-03-31
Author(s): Johnson C. Ibuot et al.
Primary Topic: Geophysical and Geoelectrical Methods
Overview
This study evaluates the vulnerability of aquifers in Ishielu Local Government Area, Ebonyi State, Nigeria, employing an integrated methodology that combines geoelectrical, hydraulic, and physicochemical analyses. A total of 22 Vertical Electrical Soundings (VES) revealed four geoelectric layers, with the aquifer unit exhibiting electrical resistivity values between 2.5 and 100.1 Ωm and thicknesses from 14 to 121.1 m. The estimated hydraulic parameters indicated moderate porosity (28.5% – 32.5%) and hydraulic conductivity (0.16 – 0.18 m/day), suggesting a moderate potential for contaminant transport. The Aquifer Vulnerability Index (AVI) indicated high vulnerability across all sampled locations, particularly in the northern and eastern zones, attributed to shallower water tables and thinner protective overburden.
Hydrochemical analyses showed elevated pH (8.9 – 9.9), high electrical conductivity (513 – 2,130 µS/cm), and iron concentrations exceeding WHO standards in several boreholes. The Piper diagram identified the dominant water type as Ca-Cl, reflecting both geogenic and anthropogenic influences. The findings underscore the urgent need for land-use control and continuous groundwater quality monitoring to protect public health. The study advocates for sustainable groundwater management practices, including strict regulations on land use and agrochemical applications, as well as public awareness campaigns to ensure the long-term sustainability of water resources in the region. Future research is recommended to gather layer-specific grain data for improved modeling accuracy.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the critical role of groundwater as a vital resource for drinking, irrigation, and industrial uses, particularly in sub-Saharan Africa and Nigeria, where it serves as the primary water supply for rural and peri-urban communities. However, the integrity of this resource is increasingly threatened by factors such as rapid population growth, agricultural intensification, unregulated waste disposal, and land-use changes. These challenges necessitate effective groundwater protection and monitoring strategies, especially in areas with limited infrastructure for managing water quality. The paper emphasizes the dual nature of groundwater contamination, which can arise from both geogenic processes—such as the weathering of minerals—and anthropogenic activities, including agricultural runoff and industrial discharges.
The study focuses on assessing aquifer vulnerability in the Ishielu Local Government Area of Ebonyi State, Nigeria, where increasing human activities pose significant risks to groundwater quality. It employs an integrative approach that combines the Aquifer Vulnerability Index (AVI) derived from geoelectrical methods with physicochemical analyses of groundwater samples. This dual methodology aims to provide a comprehensive evaluation of both the potential vulnerability of the aquifer system and the current contamination status, thereby bridging predictive assessments with real-time monitoring. The research aims to enhance understanding of contamination risks and inform sustainable groundwater management practices in the region.
Methods
The study was conducted in Ishielu Local Government Area (L.G.A.), located in Ebonyi State, southeastern Nigeria, characterized by geographical coordinates between 6°18’N and 6°32’N latitude and 7°35’E and 7°51’E longitude, encompassing approximately 872 km². The area is bordered by Ezza North and South LGAs to the west, Ikwo L.G.A. to the south, and Udenu and Isi-Uzo LGAs in Enugu State to the north. The terrain is predominantly gently undulating, interspersed with isolated hills and low-lying ridges, with drainage systems primarily influenced by seasonal streams and the Ebonyi River, which contributes to the Cross River system.
The region’s natural vegetation consists of secondary forests and derived savannah, although these have been significantly impacted by deforestation and urbanization. Ishielu experiences a humid tropical climate, with a distinct wet season from April to October and a dry season from November to March. Annual rainfall ranges from 1,500 to 2,000 millimeters, and average temperatures vary between 25°C and 32°C. The high relative humidity, typically between 60% and 80%, facilitates moderate to high rates of infiltration and evapotranspiration, which are crucial for groundwater recharge and fluctuations in the water table.
Results
The results from the Vertical Electrical Sounding (VES) surveys conducted at twenty-two points reveal a heterogeneous subsurface structure characterized by four distinct geoelectric layers. The predominant HA-type curve was observed in 28.6% of the points, followed by QH and QQ types (23.8% each), HK (19.1%), and HQ (4.8%). These classifications, derived from standard three-layer types, provide insights into the electrical resistivity patterns of the subsurface, which are crucial for understanding aquifer vulnerability. The first layer exhibited resistivity values ranging from 40.9 Ωm to 732.5 Ωm, while the second layer ranged from 2.2 Ωm to 73.4 Ωm. The third layer, identified as the aquifer, had resistivity values between 2.5 Ωm and 100.1 Ωm, and the fourth layer’s resistivity varied from 0.6 Ωm to 167.4 Ωm.
The analysis indicates that the aquifer is highly vulnerable to contamination due to low hydraulic resistance values, which suggest that the protective cover is either thin or permeable. All VES points fall within the “High” vulnerability category, indicating a significant risk of groundwater contamination from surface pollutants. The hydraulic conductivity values for the vadose zones were found to be moderate, with porosity ranging from 28.5% to 32.5%. The study emphasizes the need for protective measures in land use and borehole construction to mitigate contamination risks. Additionally, a single-parameter removal analysis confirmed the robustness of the Aquifer Vulnerability Index (AVI), although caution is advised in interpreting extreme values that may influence the overall assessment.
Discussion
The study conducted in Ishielu L.G.A., part of the Lower Benue Trough in Nigeria, reveals significant insights into the geology, hydrogeology, and groundwater quality of the region. The geological formations, including the Asu River Group and Ezeaku Formation, exhibit varying porosity and permeability, influencing groundwater availability. The research identifies two main aquifer types: a shallow, unconfined aquifer in weathered overburden and a deeper, semi-confined aquifer in fractured bedrock. The unconfined aquifer, crucial for local hand-dug wells, is particularly vulnerable to contamination due to its shallow depth and direct exposure to surface pollutants.
Utilizing Vertical Electrical Sounding (VES) and hydrochemical analyses, the study assesses aquifer vulnerability, revealing high susceptibility across the region, especially in the northern and eastern areas. The Aquifer Vulnerability Index (AVI) indicates that the protective layers above the aquifer are either thin or highly permeable, facilitating the infiltration of contaminants. Groundwater quality analysis shows elevated pH levels (8.9-9.9) and high electrical conductivity (513-2,130 µS/cm), suggesting salinity risks linked to both geogenic and anthropogenic influences. Notably, concentrations of calcium and iron exceed WHO standards, indicating potential health risks associated with hard water and contamination. The findings underscore the need for targeted groundwater protection strategies and continuous monitoring to safeguard public health and ensure sustainable water use in the region.