Mapping groundwater reserves in northwestern Cambodia with the combined use of data from lithologs and time-domain-electromagnetic and magnetic-resonance soundings

Abstract

Lack of access to water is the primary constraint to development in rural areas of northwestern Cambodia. Communities lack water for both domestic and irrigation purposes. To provide access to drinking water, governmental and aid agencies have focused on drilling shallow boreholes but they have not had a clear understanding of groundwater potential. The goal of this study has been to improve hydrogeological knowledge of two districts in Oddar Meanchey Province by analyzing borehole lithologs and geophysical data sets. The comparison of 55 time-domain electromagnetic (TEM) soundings and lithologs, as well as 66 magnetic-resonance soundings (MRS) with TEM soundings, allows a better understanding of the links between geology, electrical resistivity and hydrogeological parameters such as the specific yield (S_y) derived from MRS. The main findings are that water inflow and S_y are more related to electrical resistivity and elevation than to the litholog description. Indeed, conductive media are associated with a null value of S_y, whereas resistive rocks at low elevation are always linked to strictly positive S_y. A new methodology was developed to create maps of groundwater reserves based on 612 TEM soundings and the observed relationship between resistivity and S_y. TEM soundings were inverted using a quasi-3D modeling approach called ‘spatially constrained inversion’. Such maps will, no doubt, be very useful for borehole siting and in the economic development of the province because they clearly distinguish areas of high groundwater-reserves potential from areas that lack reserves.

Résumé

Le manque d’accès à l’eau est. le principal obstacle au développement dans les zones rurales du nord-ouest du Cambodge. Les collectivités manquent d’eau à la fois pour les usages domestiques et pour l’irrigation. Pour fournir un accès à l’eau potable, les agences gouvernementales et d’aide se sont focalisées sur le forages peu profonds, sans compréhension claire du potentiel en eau souterraine. Le but de cette étude a été d’améliorer la connaissance hydrogéologique de deux districts de la province Oddar Meanchey en analysant des logs de forages et des ensembles de données géophysiques. La comparaison de 55 sondages électromagnétiques dans le domaine temporel (EMT) et de logs de forage, ainsi que celle de 66 sondages de résonance magnétique (SRM) avec les sondages EMT, permettent une meilleure compréhension des relations entre la géologie, la résistivité électrique et les paramètres hydrogéologiques tels la porosité efficace (Pe) déduite des SRM. Les principales conclusions sont que l’afflux d’eau et la Pe sont plus liés à la résistivité électrique et l’altitude que ne le suggère la description des logs lithologiques. En effet, les milieux conducteurs sont associés à une valeur nulle de la Pe, bien que les roches résistantes à basse altitude soient toujours reliées à une Pe positive. Une nouvelle méthodologie a été développée pour dessiner des cartes des réserves d’eau souterraine basées sur 612 sondages EMT et sur les relations observées entre la résistivité et la Pe. Les sondages EMT ont été inversés en utilisant une approche de quasi-modélisation 3D appelée « inversion spatialement contrainte ». De telles cartes seront, sans doute, très utiles pour l’implantation des forages et le développement économique de la province car elles différencient très clairement les zones à potentiel élevé en réserves d’eaux souterraines des zones sans réserves.

Resumen

La falta de acceso al agua es la principal limitación para el desarrollo en las zonas rurales del noroeste de Camboya. Las comunidades carecen de agua para fines domésticos y de riego. Para proporcionar el acceso al agua potable, las agencias gubernamentales y de ayuda se han centrado en la perforación de pozos poco profundos, pero no han tenido una comprensión clara del potencial de las aguas subterráneas. El objetivo de este estudio ha sido mejorar el conocimiento hidrogeológico de dos distritos en la provincia de Oddar Meanchey mediante el análisis de conjuntos de datos geológicos y litologías de pozos. La comparación de 55 sondeos electromagnéticos (TEM) en el dominio del tiempo y litologías, así como 66 sondeos de resonancia magnética (MRS) con sondeos TEM, permite una mejor comprensión de las relaciones entre la geología, la resistividad eléctrica y los parámetros hidrogeológicos, como el rendimiento específico (S_y) derivado de MRS. Los principales hallazgos son que el flujo de agua y S_y están más relacionados con la resistividad eléctrica y la elevación que con la descripción litológica. De hecho, los medios conductores están asociados con un valor nulo de S_y, mientras que las rocas resistivas a baja elevación siempre están vinculadas a S_y estrictamente positivo. Se desarrolló una nueva metodología para crear mapas de reservas de agua subterránea basados en 612 sondeos TEM y la relación observada entre resistividad y S_y. Los sondeos TEM se invirtieron utilizando un enfoque de modelado cuasi-3D llamado “inversión espacialmente restringida”. Dichos mapas, sin duda, serán muy útiles para la ubicación de pozos y en el desarrollo económico de la provincia, ya que distinguen claramente las áreas de alto potencial de reservas de agua subterránea de las áreas que carecen de reservas.

摘要

难以获取水是柬埔寨西北部农村地区发展的主要约束。社区缺乏家庭用水和灌溉用水。为了获取饮用水,政府和援助机构集中力量打浅层钻孔,但他们不太了解地下水的潜力。本研究的目标就是通过分析钻孔岩性记录和地球物理数据集提高对Oddar Meanchey省两个地区水文地质状况的认识。55个时间域电磁探测和岩性记录以及66个磁共振探测与时间域探测对比可以更好地了解地质、电阻率和水文地质参数诸如根据磁共振探测得到的单位出水量(S_y)之间的联系。主要发现就是,水流入和(S_y)与电阻率和海拔的关联性比与岩性记录描述的关联性要高。的确,传导介质与(S_y)无效值相关联,而海拔低的有阻力的岩石总是严格地和正的(S_y)相关联。开发了根据612个时间域电磁探测创建地下水储量图以及所观测到的阻抗和(S_y)之间关系的新方法。采用被称为“空间上强制转换”的近似3D模拟方法反转时间域电磁探测。这样的图件毫无疑问对钻孔的定位以及在该省经济发展中非常有用,因为这些图件能区分出地下水潜力高的地区和缺少储量的地区。

Resumo

A falta de acesso à água é o principal obstáculo ao desenvolvimento das áreas rurais do noroeste do Camboja. As comunidades não têm água para uso doméstico nem para irrigação. Buscando permitir o acesso a água potável, as agências governamentais e assistencialistas se concentraram na perfuração de poços rasos, mas não obtiveram uma compreensão clara do potencial das águas subterrâneas. O objetivo deste estudo foi melhorar o conhecimento hidrogeológico de dois distritos na Província de Oddar Meanchey, analisando os conjuntos de dados litológicos e geofísicos dos poços. A comparação de 55 sondagens eletromagnéticas de domínio de tempo (EDT) e suas litologias, bem como de 66 sondagens de ressonância magnética (SRM) com as sondagens EDT, permitiram uma melhor compreensão das conexões entre geologia, resistividade elétrica e parâmetros hidrogeológicos tais como o rendimento específico (S_y), derivado do SRM. Os principais resultados são que o fluxo de entrada da água e o S_y estão mais relacionados à resistividade elétrica e elevação do que à descrição litológica. De fato, o meio condutor está associado a um valor nulo de S_y, enquanto que as rochas resistivas em baixa elevação estão sempre ligadas a valores de S_y estritamente positivos. Uma nova metodologia foi desenvolvida para criar mapas de reservas de águas subterrâneas com base em 612 sondagens EDT e a relação observada entre resistividade e S_y. As sondagens EDT foram invertidas usando uma abordagem de modelagem quasi-3D chamada “inversão espacialmente restrita”. Tais mapas, sem dúvida, serão muito úteis para a identificação de poços e no desenvolvimento econômico da província, pois distinguem claramente as áreas de alto potencial de reservas de águas subterrâneas das áreas que não possuem tais reservas.