Review: Advances in groundwater potential mapping

Abstract

Groundwater resources can be expected to be increasingly relied upon in the near future, as a consequence of rapid population growth and global environmental change. Cost-effective and efficient techniques for groundwater exploration are gaining recognition as tools to underpin hydrogeological surveys in mid- and low-income regions. This paper provides a state of the art on groundwater potential mapping, an explorative technique based on remote sensing and geographical databases that has experienced major developments in recent years. A systematic review of over 200 directly relevant papers is presented. Twenty variables were found to be frequently involved in groundwater potential investigations, of which eight are almost always present: geology, lineaments, landforms, soil, land use/land cover, rainfall, drainage density, and slope. The more innovative approaches draw from satellite images to develop indicators related to vegetation, evapotranspiration, soil moisture and thermal anomalies, among others. Data integration is carried out either through expert judgement or through machine-learning techniques, the latter being less common. Three main conclusions were reached: (1) for optimal results, groundwater mapping must be used as a tool to complement field work, rather than a low-cost substitute; (2) the potential of remote-sensing techniques in groundwater exploration is enormous, particularly when the power of machine learning is harnessed by involving human judgement; (3) quality assurance remains the main challenge ahead, as exemplified by the fact that a majority of the existing studies in the literature lack adequate validation.

Las aguas subterráneas constituyen un recurso estratégico cuya importancia tenderá a incrementarse en el actual contexto de crecimiento poblacional y cambio climático. Las técnicas de exploración y prospección basadas en metodologías de bajo coste son de especial importancia en regiones de renta media y baja. Este artículo presenta un estado del arte sobre la cartografía de potencial hidrogeológico, una técnica exploratoria basada en la utilización conjunta de teledetección, cartografía tradicional y sistemas de información geográfica que ha experimentado importantes avances en tiempos recientes. Para su elaboración se ha llevado a cabo la revisión de más de 200 artículos de la bibliografía especializada. Hasta veinte variables distintas se encuentran habitualmente en trabajos de estas características, de las cuales ocho aparecen casi siempre: litología, lineamientos, geomorfología, suelo, uso del territorio, precipitación, densidad de drenaje y pendiente. Los estudios de carácter más avanzado utilizan además imágenes de satélite para el desarrollo de indicadores relativos a la vegetación, evapotranspiración, humedad y anomalías térmicas, entre otros. La integración de todas las capas de información se lleva a cabo habitualmente mediante criterio experto, siendo las técnicas de aprendizaje artificial menos comunes. De lo anterior se derivan tres conclusiones principales: (1) la cartografía de potencial hidrogeológico debe interpretarse como una herramienta para complementar el trabajo de campo, más que como un sustituto de bajo coste para el mismo; (2) el potencial de este tipo de técnicas es enorme, especialmente si se combina el criterio experto con las posibilidades que hoy brinda la inteligencia artificial; y (3) el control de calidad constituye el principal reto de futuro, como demuestra el hecho de que la mayoría de los estudios consultados carece de un procedimiento de validación.