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为解决发展中国家清洁饮用水供应难题，研究人员以南非 Amahlathi municipality 为对象，运用 GIS 双变量统计模型（RF 模型结合 PR）开展地下水潜力制图研究。结果表明模型预测准确率达 75%，划分出五类潜力区，为地下水可持续管理提供了科学依据。
全球水资源短缺问题日益严峻，尤其在半干旱与干旱地区，地下水作为重要水源的可持续管理至关重要。传统地下水调查技术如地质、地球物理方法不仅耗时长、成本高，还难以全面考量多变量对地下水赋存的影响。随着遥感与地理信息系统（GIS）技术的发展，其在地下水潜力评估中的应用逐渐受到关注，但如何验证此类技术的准确性仍需深入研究。在此背景下，南非福特哈尔大学（University of Fort Hare）等机构的研究人员针对南非东开普省 Amahlathi municipality 开展研究，旨在评估基于 GIS 的相对频率比（RF）模型结合预测率（PR）在地下水潜力制图中的准确性，为该地区水资源管理提供科学支撑。该项研究成果发表于《Heliyon》。
研究人员主要采用以下关键技术方法：首先，基于 GIS 平台构建九类地下水控制因素的专题图层，包括曲率、地质、坡向、土地利用 / 土地覆盖（LULC）、地形湿度指数（TWI）、坡度、线密度、降雨量和排水密度。通过随机选取 315 个钻孔点，将其中 70% 作为训练数据集，30% 用于模型验证。运用 RF 模型分析钻孔位置与各控制因素的相关性，并引入 PR 衡量参数的预测能力。最后，利用接收器操作特性曲线（ROC）下面积（AUC）评估模型精度。
3.1 控制因素专题图分析
- 坡向（Aspect）：研究区坡向划分为九类，平地与东南、东北等方向坡向的相对频率比（RF）较高，表明这些区域更有利于地下水赋存，可能与地表径流和入渗条件相关。
- 曲率（Curvature）：曲率值范围为 - 33.6 至 51.9，其中中等曲率（-0.69 至 - 0.03）和低曲率（-1.70 至 - 0.69）区域的 RF 值较高，反映出凹形地形更易汇聚地下水。
- 地形湿度指数（TWI）：TWI 值与地下水潜力呈非线性关系，极低 TWI（-6.62 至 1.74）和极高 TWI（9.44 至 21.43）区域均表现出较高的 RF 值，可能与研究区以平缓坡度为主的地形特征有关。
- 降雨量与地质：降雨量中等偏高区域（661-708 mm）的 RF 值较高，而 Adelaide 组沉积岩因裂隙发育，其 RF 值显著高于其他地质单元，表明岩石透水性对地下水储存至关重要。
3.2 地下水潜力区制图
通过 RF 模型集成九类专题图层，生成地下水潜力区（GWPZ）地图，将研究区划分为五类潜力区：极低（19.92%）、低（52.99%）、中等（24.65%）、高（1.39%）和极高（1.05%）。高潜力区主要分布于降雨充沛、坡度平缓、线密度较高的裂隙沉积岩区域，而极低潜力区则以高排水密度和低线密度为特征，入渗条件较差。
3.3 模型验证
ROC 分析显示，RF 模型的 AUC 值为 0.745，对应预测准确率 75%，表明模型在地下水潜力评估中具有良好的可靠性。与其他研究相比，RF 模型的表现优于层次分析法（AHP），验证了其在数据驱动型地下水制图中的有效性。
研究结论表明，RF 模型结合 PR 能够有效整合多源地理空间数据，实现地下水潜力的空间预测，为 Amahlathi municipality 的水资源可持续管理提供了关键依据。该研究首次将 GIS-based RF 模型应用于南非该区域的地下水评估，填补了区域研究空白，其方法可为全球类似半干旱地区的地下水调查提供参考。尽管研究未纳入土壤类型、水力传导率等因素，但当前结果已为后续深入的水文地质调查奠定了基础。未来研究可进一步结合地球物理技术，深化地下水赋存机制分析，并评估水质风险，以全面支撑区域水资源规划与管理。
