《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Climate-informed groundwater zoning in Baidoa, Somalia: Integrating RICCAR projections with TOPSIS and VIKOR
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Hafsa Nuradin Mohamed|Ahmed M. Al-Areeq|Mahfuzur Rahman|Haitham Elnakar|Shakhawat Chowdhury•在索马里首次采用双TOPSIS-VIKOR方法进行基于气候的地下水分布绘制。•在所有气候情景下，
Hafsa Nuradin Mohamed|Ahmed M. Al-Areeq|Mahfuzur Rahman|Haitham Elnakar|Shakhawat Chowdhury
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在索马里首次采用双TOPSIS-VIKOR方法进行基于气候的地下水分布绘制。
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在所有气候情景下，中等潜力区域占比均为30–33%。
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在RCP8.5情景下，由于强降雨，高潜力区域比例将上升至35–40%。
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降雨量和排水密度是影响地下水潜力的关键因素。
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超过80%的井位于中等至非常高潜力区域。
引言
淡水短缺是全球最紧迫的挑战之一，而在干旱和半干旱地区，地下水则是应对日益严重的水资源不足问题的重要保障。在全球范围内，地下水被用于饮用水供应、农业灌溉以及工业用途，其中约70%的地下水被用于农业领域（Zewdie等人，2024年）。根据世界卫生组织的数据，约有7.85亿人无法获得安全饮用水，还有1.44亿人只能依靠地表水作为饮用水源（Siebert等人，2010年）。由于污染、森林砍伐以及长期干旱，再加上快速的城市化和气候变化，地表淡水资源正面临越来越严重的威胁。这些因素促使人们寻求替代性的地下水资源，以满足不断增长的水资源需求。
在半干旱地区，人们广泛运用水化学、同位素分析以及基于GIS的方法来评估地下水系统、补给机制、水质变化以及资源的可持续性，这凸显出将空间分析与水文地质解读相结合的重要性。这类多学科研究展示了如何通过对地质因素、人类活动压力以及补给过程进行空间分析，从而为可持续的地下水管理提供依据（Marzouki等人，2025年；Nouayti等人，2022年）。
气候变化预计会深刻改变降雨模式和地下水补给情况，尤其是在索马里这样的脆弱地区（Chandra Roy等人，2024年；Senanayake等人，2016年）。在这些地区，由于数据获取困难以及地表与地下之间的复杂相互作用，地下水研究面临着诸多挑战。为了解决这些问题，越来越多的研究人员主张使用先进的地理空间技术和多准则决策分析方法，这些方法能够整合各种水文地质和环境参数，从而确定地下水潜力区（GWPZ）（Melese和Belay，2022年；Oikonomidis等人，2015年）。
传统的调查方法，如野外勘探、试钻以及地球物理勘探，不仅耗费大量资源，还需要很长时间（Nouayti等人，2019年；Rodriguez和Ferolin，2023年；Roy等人，2020年），因此人们开始转向基于GIS和遥感的技术，再结合AHP、FAHP、FR、MIF、模糊逻辑、TOPSIS和VIKOR等多准则决策模型，进一步优化分析效果（Borah和Deka，2023年；Jothibasu和Anbazhagan，2017年；Multaniya等人，2024年；Paul和Roy，2024年；Tayyab等人，2024年）。尽管有了这些工具，但在应用能够响应气候变化的地下水测绘框架方面仍存在很大不足。一些最新研究强调了将气候预测纳入地下水潜力评估之中，以便更好地理解在降水模式发生变化情况下未来的地下水补给动态（Chemirik等人，2024年；Rahman等人，2024年）。然而，大多数现有研究仍然依赖静态的历史降雨数据，未能充分考虑气候变化对地下水可用性的长期影响。为了填补这一空白，本研究采用了“阿拉伯国家气候变化影响及社会经济脆弱性评估区域计划”所提供的降雨预测数据，该计划是一项针对阿拉伯国家的全面气候建模项目。这些预测数据涵盖了三种代表性浓度路径下的不同时间范围，即近未来期（2016–2035年）、中世纪期（2046–2065年）以及世纪末期（2081–2100年），都是以历史基准为参考的。
迄今为止，还从未有研究在空间多准则决策分析框架下，利用未来气候预测数据，系统地对索马里中南部贝伊地区的拜多阿区的地下水潜力区进行过测绘。此外，该地区的传统地下水开发方式仍然主要依赖于经验判断来确定钻井位置，往往因为水文地质评估不充分而导致钻井失败或产量低下。本研究采用了一种全新的基于GIS的多准则决策分析框架，结合TOPSIS和VIKOR两种方法，根据不同的降雨预测情景，划分拜多阿地区当前及未来的地下水潜力区。虽然这两种方法在其他地区已经得到成功应用（Abate等人，2022年；Mahmoud和Alazba，2016年），但尚未在索马里独特的水文气候条件下得到应用。通过整合排水密度、降雨量、坡度、土壤类型、土地利用类型、海拔高度以及地形线密度等七项关键参数，本研究为拜多阿地区提供了具有空间明确性且能响应气候变化的地下水潜力评估结果。
在地下水潜力测绘中，选择影响因素时应考虑以下因素：（i）这些因素与地下水补给和储存过程的水文地质相关性；（ii）在分析所涉及的尺度上，这些数据的可获得性及其空间一致性；（iii）这些因素在类似半干旱环境中的有效性。系统综述表明，地质/地貌、地形线、土壤、土地利用类型、降雨量、排水密度以及坡度是地下水潜力建模中最常被使用的预测因子（Díaz-Alcaide和Martínez-Santos，2019年）。之前的GIS多准则决策分析研究也表明，通过筛选和选择最具影响力的变量，可以减少相关地形参数之间的冗余，进而提高模型的稳定性（Abate等人，2022年）。因此，本研究整合了七项参数，它们分别代表地表水文状况、入渗能力、地表过程、地形控制因素以及结构渗透性，这些因素共同影响着半干旱地区的地下水补给和地下水分布（Hairchi等人，2025年；Kabeto等人，2022年；Khan等人，2021年、2023年；Machiwal等人，2011年；Nouayti等人，2019年；Owolabi等人，2020年；Ziani等人，2021年）。选择这些参数是为了确保其具有水文地质相关性、空间一致性以及方法上的严谨性。
对于所选参数，并没有赋予它们相同的权重。而是通过层次分析法，利用成对比较矩阵来确定它们的相对重要性，要求一致性比率低于0.10。之后，这些确定的权重被应用于TOPSIS和VIKOR两种方法的排序过程中（Khan等人，2023年；Machiwal等人，2011年；Owolabi等人，2020年；Tavana等人，2023年）。
虽然断层和岩性是重要的水文地质控制因素，但仅仅依靠结构和水文特征构建的模型，可能无法充分体现气候和地表因素对地下水补给的影响，而这些因素正是本次基于气候的评估中所需要重点考虑的（Khan等人，2023年）。在研究区域内，缺乏具有合适空间分辨率、且经过统一地理参考的区级岩性和断层数据集，因此无法将这些数据完整地纳入多准则决策分析框架中。虽然利用地形线进行结构分析被认为具有一定的参考价值，但单独使用这种方法是不够的，而且仅基于地形线的分析结果在解释上存在一定的不确定性（Corgne等人，2010年；Sander，2007年）。在地质资料匮乏、详细地质测绘工作难以开展或只能在国家层面进行的地区，通过卫星地形分析得到的地形线密度，可以作为近地表结构渗透性以及地下水流动路径的实用替代指标（Corgne等人，2010年）。
据我们所知，这是首项将RICCAR气候预测数据与双TOPSIS和VIKOR排序方法相结合，用于拜多阿地区地下水潜力分区的、基于气候信息的研究。所提出的框架为在预计的气候变化背景下评估地下水的适宜性提供了一种具有前瞻性且可扩展的方法，从而弥补了半干旱地区地下水研究中的方法学缺陷。
除了在拜多阿地区的应用之外，这一工作流程还可以应用于其他干旱和半干旱地区，因为它依赖于全球范围内易于获取的数据集（如数字高程模型产品、FAO土壤数据以及区域气候预测数据），以及标准化的GIS多准则决策分析流程。因此，拜多阿地区可作为数据匮乏、易受气候变化影响的典型代表，这类地区迫切需要结合气候因素的地下水评估方法。
章节要点
研究区域
拜多阿（也被称为贝德哈博）是索马里中南部贝伊地区的行政中心，位于北纬3.12度、东经43.63度左右。这座城市是索马里西南部的重要经济和农业中心（Multaniya等人，2024年）。研究区域的地形较为平缓，海拔高度大约在250米到750米之间（见图1）。该地区的地形主要由低矮的高原和浅谷构成，这些地形特征会影响地表径流的形成
研究结果
本部分介绍了在未来气候变化情景下，利用TOPSIS和VIKOR两种多准则决策分析方法，对拜多阿地区的地下水潜力区进行绘制的成果。这两种方法都是基于相同的数据库，在RCP85（高排放情景）和RCP45（中排放情景）两种假设下，针对四个不同的时间阶段进行了分析：参考时期、近未来期、中世纪期以及远/世纪末期。这一分析框架有助于对比分析不同时期以及不同气候情景下地下水潜力区的空间分布变化情况
讨论
本研究通过将TOPSIS和VIKOR两种互补的多准则决策分析方法结合在GIS环境中，构建了一个综合性且能够响应气候变化的地下水潜力评估框架，以此确定索马里拜多阿地区的地下水潜力区（Chandra Roy等人，2024年）。通过运用这两种决策模型，可以对研究结果进行交叉验证。两种方法得出的高潜力区和低潜力区结果基本一致，这提升了人们对空间预测结果的信心。
TOPSIS方法与另一种方法之间存在些许差异
结论
本研究通过结合TOPSIS和VIKOR两种模型，并利用RICCAR提供的未来气候预测数据，构建了一个基于GIS的综合性且能够响应气候变化的框架，用于确定索马里拜多阿地区的地下水潜力区。这两种方法的相互印证提高了空间分析结果的可靠性，也证明了通过跨方法验证可以提高地下水适宜性评估的准确性。研究结果表明，气候变化可能会影响该地区的地下水分布情况
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在撰写本文的过程中，作者使用了ChatGPT来提升手稿的可读性和语言表达水平。在使用该工具或服务之后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发表的文章内容负全责。
CRediT作者贡献说明
Hafsa Nuradin Mohamed：概念构思、正式分析、研究实施、方法设计、资源协调、软件应用、结果验证、结果可视化、初稿撰写。Ahmed M. Al-Areeq：概念构思、正式分析、研究实施、方法设计、资源协调、软件应用、研究指导、结果验证、结果可视化、文章修订。Mahfuzur Rahman：概念构思、正式分析、研究实施、文章修订。Haitham Elnakar：概念构思、正式分析、研究实施，
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
