MULTI-CRITERION DECISION-MAKING (MCDM) FOR GROUNDWATER POTENTIAL MAPPING AND INTEGRATED WATER RESOURCE PLANNING USING GIS AND REMOTE SENSING. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF 1 Thesis Submission_G202211980_Hafsa Mohmed.pdf Restricted to Repository staff only until 12 August 2026. Download (3MB)

Arabic Abstract

يُعدّ ندرة المياه العذبة من القضايا العالمية الحرجة، لا سيما في المناطق الجافة وشبه الجافة مثل مدينة بايدوا في الصومال، حيث تُشكّل المياه الجوفية حاجزاً أساسياً ضد انعدام الأمن المائي. ومع ذلك، فإن عقوداً من الاستخراج غير المنظم للمياه الجوفية، وارتفاع مستويات الملوحة، ونقص البيانات الهيدروجيولوجية، وتزايد تأثيرات تغيّر المناخ، قد أدّت جميعها إلى تقويض استدامة موارد المياه الجوفية بشكل كبير. تتناول هذه الدراسة هذه التحديات من خلال تطبيق إطار دعم قرار مكاني يدمج أربع تقنيات لاتخاذ القرار متعدد المعايير (MCDM)، وهي: عملية التحليل الهرمي (AHP)، والتحليل الهرمي الضبابي (FAHP)، وتقنية ترتيب الأفضلية على أساس التشابه مع الحل المثالي (TOPSIS)، وطريقة التسوية والاختيار التوافقي (VIKOR)، وذلك ضمن بيئة نظم المعلومات الجغرافية (GIS) لرسم خرائط مناطق الإمكانات الجوفية (GWPZ) ومناطق ملاءمة حصاد مياه الأمطار (RWH) في بايدوا. تم استخدام سبعة معايير هيدروبيئية، وهي: كثافة التصريف (ASTER-DEM)، الأمطار (CRU)، الأمطار وفق سيناريوهات تغيّر المناخ (RICCAR)، التربة (FAO)، استخدامات الأراضي/غطاء الأرض (FAO)، كثافة الخطوط الصدعية (ASTER-DEM)، الانحدار (ASTER-DEM)، والارتفاع (ASTER-DEM). تم الحصول على بيانات الأمطار الأساسية لرسم خرائط GWPZ وRWH من وحدة أبحاث المناخ (CRU)، حيث توفر هذه البيانات معدلات هطول طويلة الأجل لمنطقة الدراسة. أما لتقييم تأثيرات تغيّر المناخ المستقبلية على المياه الجوفية، فقد تم استخدام بيانات هطول الأمطار المُتوقعة من مبادرة RICCAR لتقييم آثار تغيّر المناخ على الموارد المائية والضعف الاجتماعي الاقتصادي في المنطقة العربية، وذلك ضمن سيناريوهين للانبعاثات (RCP4.5 و RCP8.5) ولأربعة فترات زمنية: الفترة المرجعية (1986–2005)، نهاية القرن القريب (2016–2035)، منتصف القرن (2046–2065)، ونهاية القرن .(2081–2100) بالإضافة إلى خرائط المياه الجوفية، تم استخدام طريقتي AHP وFAHP لتحديد مناطق ملاءمة حصاد مياه الأمطار من خلال إعطاء الأولوية للعوامل المرتبطة بالجريان السطحي. وقد أظهرت عملية التحقق من صحة نتائج GWPZ باستخدام بيانات مواقع الآبار توافقاً مكانياً قوياً. كما كشفت النتائج عن تباين مكاني كبير في إمكانيات المياه الجوفية، وأظهرت تغيرات متوقعة في ملاءمة إعادة الشحن المائي تحت سيناريوهات المناخ المستقبلية، مما يبرز أهمية التخطيط المائي المبني على المناخ. تُعد هذه الأطروحة أول تقييم شامل للمياه الجوفية في الصومال يدمج بين طرق MCDM متعددة، وإسقاطات مناخية، وتحليل لحصاد مياه الأمطار ضمن إطار موحد يعتمد على نظم المعلومات الجغرافية. وتوفّر النتائج أدوات دعم قرار عالية الدقة يمكن أن تُسهم في تطوير موارد المياه الجوفية، وتعزيز القدرة على مواجهة الجفاف، وتحقيق إدارة متكاملة ومستدامة لموارد المياه في بايدوا والمناطق الأخرى التي تعاني من ندرة البيانات وشح المياه

English Abstract

Freshwater scarcity is a critical global concern, particularly in arid and semi-arid regions such as Baidoa, Somalia, where groundwater serves as a vital buffer against water insecurity. However, decades of unregulated groundwater extraction, high salinity levels, insufficient hydrogeological data, and the intensifying effects of climate change have significantly undermined groundwater sustainability. This study addresses these challenges by applying a geospatial decision-support framework that integrates four Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) techniques, such as Analytical Hierarchy Process (AHP), Fuzzy AHP (FAHP), Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS), and VIseKriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje (VIKOR) within a Geographic Information System (GIS) environment to delineate Groundwater Potential Zones (GWPZ) and Rainwater Harvesting (RWH) suitability zones in Baidoa. Seven hydro-environmental criteria were utilized in this study: Drainage Density, Historical Rainfall, Projected Rainfall under Climate Change Scenarios, Soil Type, Land Use/Land Cover (LULC), Lineament Density, Slope, and Elevation. These thematic layers were derived from diverse data sources, including ASTER-DEM, Climatic Research Unit (CRU), Regional Initiative for the Assessment of Climate Change Impacts on Water Resources and Socio-Economic Vulnerability in the Arab Region (RICCAR), and FAO datasets. Rainfall, as a critical factor for groundwater recharge, was sourced from two distinct datasets. Rainfall data used for the baseline GWPZ and RWH suitability mapping were obtained from the CRU, offering long-term average rainfall conditions for the study area. To evaluate future climate impacts on groundwater potential, projected rainfall data were acquired from RICCAR under two Representative Concentration Pathways (RCPs), RCP4.5 and RCP8.5, and four time periods: Reference (1986–2005), Near Century (2016–2035), Mid-Century (2046–2065), and End Century (2081–2100). In addition to groundwater mapping, AHP and FAHP were used to generate RWH suitability maps by prioritizing runoff-related factors. Validation of GWPZ outputs using well location data confirmed strong spatial agreement. The results highlight significant spatial variability in groundwater potential and reveal projected shifts in recharge suitability under future climate scenarios, emphasizing the importance of climate-informed water planning. This thesis represents the first comprehensive groundwater assessment in Somalia to integrate multiple MCDM methods, climate projections, and rainwater harvesting analysis into a unified GIS framework. The findings deliver high-resolution decision-support tools to inform groundwater development, drought resilience, and integrated water resource management in Baidoa and similar data-scarce, water-stressed regions.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering Civil Engineering > Water and Environmental Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Al Areeq, Ahmed
Committee Members:	Schowdhury, Md. Shakhawat and Mohammad, Al-Suwaiyan
Depositing User:	HAFSA MOHAMED (g202211980)
Date Deposited:	12 Aug 2025 12:27
Last Modified:	12 Aug 2025 12:27
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143644