Table of Contents
مقدمة إلى رصد استنفاد طبقة المياه الجوفية
إن التكوينات الجيولوجية دون السطحية التي تخزن المياه الجوفية وتنقلها، وتوفر ما يقرب من نصف مياه الشرب في العالم وأكثر من 40 في المائة من مياه الري، ومع ذلك، فإن هذه الموارد الحيوية تستنفد بسرعة أكبر مما يمكن أن تُعاد تغذية هذه المواد بصورة طبيعية في العديد من المناطق القاحلة وشبه القاحلة، وقد أدى الاستخلاص غير المتحقق من الطلب الزراعي والتوسع الحضري إلى انخفاض مستويات المياه الجوفية، وإلى استمرار عمليات رصد تدهور النظم الإيكولوجية.
دور الاستشعار عن بعد في رصد المياه الجوفية
كما أن الاستشعار عن بعد ينطوي على الحصول على معلومات عن سطح الأرض دون وجود اتصال مادي مباشر، وذلك عادة عن طريق السواتل أو أجهزة الاستشعار التي تستخدمها الطائرات، حيث يلتقط هذا الجهاز الحساس الإشعاعي المغناطيسي عبر مختلف الأنهار، ويكشف عن التغيرات في الغطاء الأرضي، ورطوبة التربة، وصحة النباتات، ونطاق المياه السطحية.
نظم المعلومات الجغرافية كمنبر للتكامل
وفي حين أن الاستشعار عن بعد يولد كميات هائلة من البيانات المكانية، فإن نظام المعلومات الجغرافية يوفر الإطار اللازم لتنظيم هذه المعلومات وتحليلها وتصويرها، كما أن نظام المعلومات الجغرافية هو نظام حاسوبي يقوم على جمع البيانات ذات الصلة، ومخازنها، وإدارة، وتحليل البيانات المرجعية جغرافيا، وفي سياق رصد طبقات المياه الجوفية، يمكن أن تؤدي نماذج قياس مستويات المياه عن بعد إلى استخدام مجموعات بيانات أخرى ذات صلة: سجلات جيدة، وسجلات أولية، وخرائط استخدام الأراضي، وتقنيات الإجهاد الجيولوجي.
تجميع الاستشعار عن بعد ونظام المعلومات الجغرافية لتحليل المواد
ويمكن أن يُستعان بهذه التكنولوجيات في شكل إنتاجية، كما أن الاستشعار عن بعد يوفر تدفق البيانات؛ ويوفر نظام المعلومات الجغرافية المحركات التحليلية، وعلى سبيل المثال، يمكن استيراد خرائط لاستبدال الأراضي التي استخرجتها منطقة الإبلاغ عن المدار إلى بيئة نظام المعلومات الجغرافية، ويدمج فيها مواقع الضخ من قاعدة بيانات المياه الجوفية، ويمكن للمحللين من خلال إجراء استفسارات فضائية أن يحددوا ما إذا كانت الوصلات الاصطناعية للهياكل ذات المقياس العالي.
تقنيات الاستشعار عن بعد الرئيسية لرصد طبقة المياه الجوفية
وهناك عدة تقنيات للاستشعار عن بعد ذات صلة خاصة برصد استنفاد طبقة المياه الجوفية، وكل منها يستغل إشارات سطحية مختلفة لتغييرات دون سطح الأرض.
مؤشر الاختلاف المُعَدَّل (NDVI)
ويحسب مؤشر التنمية البشرية الفرق بين الغطاء النباتي القريب (الذي ينعكس بشكل كبير في الغطاء النباتي الصحي) والضوء الأحمر (يتم تلفه الكلوروفيل) ويمتد المؤشر الناتج من 1 إلى 1 مع ارتفاع القيم التي تشير إلى وجود كوادر نباتية خضراء، وفي المناطق الزراعية التي تعتمد على المياه الجوفية، يمكن أن يشير الانخفاض المستمر في إنتاجية المياه الجوفية إلى انخفاض في هذه الظروف، ولا سيما خلال المواسم الجافة التي يتوقع أن يحافظ فيها الري على الغطاء النبات.
درجة حرارة سطح الأرض
ويحد التحلل الأدنى درجة حرارة سطح الأرض كما كشفت عنها أجهزة الاستشعار الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء، ويحدث الغابات أثرا للتبريد عن طريق التحول؛ وعندما تتعرض النباتات لإجهاد في المياه، فإنها تقلل من حجم الأشعة فوق السطحية، مما يجعل المناطق التي توجد فيها مياه جوفية ضحلة مستنفدة غالبا ما تظهر ارتفاعا في مستوى الغطاء النباتي مقارنة بالمحيطات المحيطة بها.
جهاز رادار ذو فتحة اصطناعية متداخلة (إنسار)
ويستخدم الفريق صوراً رادارية أو أكثر من الوصلات الاصطناعية في نفس المنطقة لتوليد أشعة متداخلة ترسم خرائط لتشوه سطح الأرض، وعندما تستخرج المياه من طبقة مياه جوفية، فإن مصفوفة الصخور المخروطة، مما يؤدي إلى تباطؤ الأرض في معظم الأحيان بواسطة أجهزة قياس نصف قطرية في السنة في أحواض مضخة بدرجة كبيرة، ويمكن أن يكتشف هذا الضوضاء على طول المناطق المدمجة في منطقة قطر.
قياس ساتل GRACE
إن عملية استعادة الجاذبية واختبار المناخ، وهي بعثة مشتركة بين الوكالة الألمانية للتعاون التقني، لا تزال تُعد تغيرات في ميدان الجاذبية في الأرض، حيث أن إعادة توزيع المياه على نطاق واسع يُغيِّر الجاذبية، ويمكن أن يكتشف المعهد العالمي لبحوث المحيطات والغلاف الجوي، في حين أن بيانات قياس المياه الجوفية على نطاق واسع، تغيرات في نطاقات المياه الجوفية العالية.
دراسات حالات إفرادية وتطبيقات
وتدل عمليات التنفيذ في العالم الحقيقي على القيمة العملية للاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية لرصد استنفاد طبقة المياه الجوفية.
أكيفر، الولايات المتحدة
وقد جمع الباحثون تقديرات التهرب من البواسير على أساس الأرض مع قياسات جيدة وبيانات عن استخدام المياه في إطار نظام GRACE لتحديد معدلات النضوب، وقد حددت نماذج نظام المعلومات الجغرافية أن نحو 30 في المائة من مخزن المياه الجوفية قد استنفذ منذ مرحلة ما قبل التنمية، مع أحدث انخفاضات في المنطقة الوسطى.
شمال الصين
وفي شمال الصين، أدى الري المكثف للقمح والذرة إلى خفض طاولات المياه بما يصل إلى ٥٠ مترا في بعض المناطق، واستخدم العلماء في منطقة البحث العلمي لاكتشاف معدلات التناقص التي تتجاوز ١٠٠ ميلليمتر سنويا قرب بيجين، وترتبط بضخ المياه الجوفية الحضرية. وقد كشفت بيانات الدراسة الاستقصائية الوطنية للتنقيب عن المياه الجوفية عن المناطق الزراعية التي تعاني من النضوب عن وجود ضغوط شديدة على الغطاء النباتي خلال سنوات الجفاف.
بلدان مجلس التعاون الخليجي
وفي المناطق القاحلة مثل المملكة العربية السعودية والإمارات العربية المتحدة، يجري تطهير طبقات المياه الجوفية الأحفورية (المياه غير المتجددة) لأغراض الري، وقد أثبتت بيانات الشبكة حدوث خسائر كبيرة سريعة في نظام المياه الجوفية العربي، وهو اتجاه نضوب تسارع في العقد الأول من القرن الماضي، وقد تبين من الاستشعار عن بعد عن الغطاء النباتي من نظام MODIS انخفاض الغطاء النباتي في دوائر الارتداد التي تبث بالمنشط بعد منتصف عام 2010، مما يوحي بأن المياه الجوفية قد تدار
فوائد الاستشعار عن بعد ونظام المعلومات الجغرافية لإدارة المياه
وأخيراً، فإن اعتماد الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية لرصد استنفاد طبقات المياه الجوفية يتيح مزايا متعددة على الصعيد التقليدي وحده: أولاً، فعالية التكلفة: تغطي الصور الساتلية مناطق كبيرة بجزء من تكلفة تركيب وصيانة شبكات كبيرة، وثانياً، الإكتمال المكاني: يتيح الاستشعار عن بعد بيانات متسقة عبر الحدود الدولية والأرض النائية، ويتيح تقييمات طبقات المياه الجوفية العابرة للحدود.
التحديات والحدود
وعلى الرغم من فوائدها، فإن نهج الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية تواجه عقبات كبيرة، فالحل المكاني لا يزال قيدا: فالنظام العالمي لرصد المحيطات والغلاف الجوي لا يتقيد إلا بالمقاييس الإقليمية، بينما لا يمكن للمستشعرات المتوسطة (مثلاً، أن تكتشف عمليات استنفاد المياه الجوفية على مستوى المزارع، كما أن الحلول المؤقتة قد تتفاوت في دورة إعادة النظر التي تستغرق 16 يوماً في حالة عدم اليقين التي تكتنف عمليات قياس المياه غير المباشرة.
الاتجاهات المستقبلية
ويعرض التقدم في مجال التكنولوجيا التغلب على العديد من القيود الحالية، كما أن Sentinel-2 mission) من نظام رصد الأرض، يقدمون المزيد من التحليلات المؤقتة (الاستعراض لمدة خمسة أيام) والتفاصيل المكانية (من 10 إلى 20 مترا) مقارنة بشبكة " لانديستشعار المياه الجوفية " ، ويجري حاليا إنشاء وحدات ساتلية جديدة ذات مقاييس رادارية وأجهزة الاستشعار الحراري، مما يزيد من تواتر عمليات الرصد.
خاتمة
وعلى الرغم من أن الاستشعار عن بعد ونظام المعلومات الجغرافية يوفران نهجاً تحوّلاً لرصد اتجاهات استنفاد المياه الجوفية، ويوفران تغطية مكانية واسعة، وتكراراً في التحديثات، والقدرة على إدماج مختلف مصادر البيانات، فإن التقنيات مثل الـ NDVI وLST وInSAR وGRACE، والحواجز الأساسية في مجال قياس المياه الجوفية، لا تزال تحد من الإشارات السطحية والجاذبية التي تلازم التغيرات في المياه الجوفية، بينما تؤدي منا نظم المعلومات الجغرافية إلى تحويل هذه البيانات إلى معلومات ذات طابع عملي.