Table of Contents

ولا يزال التقلب أحد أكثر الأخطار الطبيعية تكلفة واضطراباتا بالنسبة لسكان المناطق الحضرية في جميع أنحاء العالم، فمع توسع المدن وتحول أنماط المناخ، لم تكن الحاجة إلى أساليب دقيقة تحركها البيانات لتحديد المناطق المعرضة للفيضانات أكثر إلحاحا، فالتحليل الجغرافي - علم جمع البيانات المرجعية جغرافيا وتجهيزها وتفسيرها - يوفر إطارا قويا لفهم مخاطر الفيضانات على الصعيدين المحلي والإقليمي.

وتستكشف هذه المادة تطبيق التحليل الجغرافي المكاني في رسم خرائط لمخاطر الفيضانات الحضرية، وتفصل المنهجيات الأساسية والفوائد والدراسات الإفرادية للعالم الحقيقي والاتجاهات الناشئة التي تعيد تشكيل الطريقة التي تعد بها المدن للظواهر المسببة للفيضانات وتستجيب لها.

Understanding Geospatial Analysis and GIS in Flood Risk Assessment

دور نظم المعلومات الجغرافية

وفي قلب معظم الأعمال الجغرافية المكانية يكمن نظام للمعلومات الجغرافية - وهو إطار برامجي يتيح للمستعملين الحصول على البيانات المكانية وتخزينها والتلاعب بها وتحليلها وتفسيرها، وفي تقييم مخاطر الفيضانات، تعمل نظم المعلومات الجغرافية كمنبر مركزي حيث تكون مستويات المعلومات أكثر غموضاً وتستفسر، ويمكن للمحللين أن يجمعوا نماذج الارتفاع الرقمي بالشبكات الهيدرولوجية، والسجلات المناخية للفيضانات.

مجموعات البيانات المكانية الرئيسية لتحديد المناطق الفيضانية

وتتوقف النماذج الفعالة للفيضانات على جودة بيانات المدخلات وحلها، وتشمل مجموعات البيانات المشتركة ما يلي:

  • (أ) نماذج الارتفاعات الرقمية - شبكات الارتفاع العالية الاستبانة التي تحدد سطح الأرض وتتيح حساب تراكم التدفق.
  • Hydrological and Hydraulic Data] - stream gauging records, river cross-sections, stormwater network geometry, and floodplain boundary surveys. These underpin models like HEC-RAS or MIKE FLOOD when simulating water surface profiles.
  • Land Use and Land Cover (LULC)] - التصنيفات المستمدة من السواتل التي تشير إلى وجود أسطح غير صالحة للشرب، والنباتات، ونوع التربة.
  • Rainfall and Climate Data] - historical precipitation records, designعاجز العواصف, and future climate projections. Intensity-duration-frequency (IDF) curves are frequently used to drive hydrologic models.
  • ]]Historical Flood Inventories - سجلات أحداث الفيضانات السابقة، بما في ذلك الكميات المرسمة من الصور الساتلية أو الاستطلاع الجوي، والملاحظات الأرضية، ومطالبات التأمين، وهي بمثابة مجموعات بيانات عن المصادقة على معايرة نموذجية.

الخطوات المنهجية في تحليل الأخطار الأرضية المكانية

وتأتي عملية تحديد المناطق المعرضة للفيضانات عن طريق التحليل الجغرافي المكاني في أعقاب تدفق عمل منظم يخلط بين إعداد البيانات، والنمذجة المكانية، والتصوير البصري، وفي حين تختلف الأدوات المحددة، فإن الخطوات الأساسية لا تزال متسقة في معظم المشاريع.

1 - اقتناء البيانات وتجهيزها

ويبدأ المحللون بالاستعانة بمجموعات البيانات المذكورة أعلاه، وغالباً ما يكون ذلك من مستودعات مفتوحة مثل مستكشفي الأرض التابعين لوكالة USGS، أو جهاز رصد التتبع الآلي التابع لوكالة ناسا، أو بوابات حكومية محلية، وتشمل التجهيزات التمهيدية إعادة عرض جميع طبقات نظام تنسيق مشترك، وإعادة تجميع أجهزة الاستنشاق إلى أحجام ثابتة من الخلايا، وتعبئة المصارف في نظم إدارة السجلات البيئية لضمان دقة توجيه التدفقات، وضمان الجودة.

2 - تحليل التضاريس الهيدرولوجي

وباستخدام أدوات الهيدرولوجيا في نظام المعلومات الجغرافية، تجهز إدارة الشؤون الاقتصادية والاجتماعية لجذب اتجاه التدفق، وتراكم التدفق، وتحديد شبكة المجاري، وتحدد هذه الخطوة المجالات التي تركز فيها المياه بصورة طبيعية، وبوضع حد لتراكم التدفق، تحدد المحللين المجرىات الدائمة والقنوات النثرية، ونتيجة لذلك شبكة تصريف تعمل كأساس لوضع النماذج اللاحقة للفيضانات.

3- نماذج الحرق بالزهور

Two primary approaches are used: static] (also called showertub) modeling and ]dynamic] hydrodynamic modeling.

  • Static Modeling] - Applies a constant water surface elevation across the landscape, often derived from historical flood levels or design-storm stage altitudes. This method is simple and fast but assumes uniform water rising, ignoring flow velocity and temporal dynamics. It is most suitable for coastal storm rise or large lake flooding where slope.
  • ]Dynamic Modeling - Simulates the physical movement of water over time using hydraulic equations (e.g., Saint-Venant equations) Software such as HEC-RAS (2D), Tuflow, or Delft3D couples hydrologic inputs with terrain to produce depth, velocity and urban maptime models.

4 - رسم خرائط المخاطر وتصنيفها

وبعد توليد حدود الفيضانات، تقترن هذه المعايير باستخدام الأراضي والبيانات السكانية لتصنيف المناطق في فئات المخاطر (مثلاً، منخفضة، متوسطة، عالية) وتشمل معايير التصنيف المشتركة عمق الفيضانات، وتواترها (فترة العودة)، والأضرار المحتملة للهياكل، والناتج هو خريطة مخاطر [(FLT:0) مغفلة تعرض التوزيع المكاني للمخاطر في جميع المناطق الحضرية.

5- التقييم والتقييم غير المستقر

ويجب مقارنة النتائج النموذجية مع المدى الذي لوحظ في الفيضانات من الأحداث التاريخية أو علامات المياه العالية، والمقاييس الإحصائية مثل مؤشر النجاح الحاسم أو منحنىات التشغيل التي يُستقَدِّم بها الاتفاق كميا، ويعالج عدم اليقين من خلال تحليل الحساسية - معايير نموذجية مختلفة (مثلا، تقريب مانينغ، وشدة هطول الأمطار) لفهم مجموعة النتائج المعقولة.

فوائد تحليل الفيضانات الجغرافية المكانية لأغراض التخطيط الحضري

استثمارات التخفيف المستهدفة

ومن خلال تحديد مناطق الأحياء وأصول الهياكل الأساسية الأكثر تعرضا للفيضانات، يتيح التحليل الجغرافي المكاني تخصيص الموارد بفعالية من حيث التكلفة، وبدلا من رفع مستوى البطانيات، يمكن للمدن أن تعطي الأولوية لتحسينات الليفي، وحوض احتجاز مياه العواصف، أو إعادة ظهور الهياكل الأساسية الخضراء في المناطق الأكثر تعرضا للخطر، على سبيل المثال، رموز تأمين الأرضيات التي تبنىها الولايات المتحدة [FLT:]

تحسين التأهب والاستجابة لحالات الطوارئ

وتدمج نظم التنبؤ بالفيضانات في الوقت الحقيقي البيانات الجغرافية المكانية مع أجهزة الرادار الجوي وقياسات المجرى لإصدار الإنذار المبكر، ويمكن تخطيط طرق الإجلاء مسبقا باستخدام خرائط عمق الفيضانات التي تحدد الطرق غير المستقرة، وتتيح لوحات النظام العالمي للمعلومات إدارة الطوارئ تصور آثار الفيضانات المتطورة وإرسال الموارد إلى المناطق المتضررة بسرعة.

Support for Climate Adaptation Planning

ومع ارتفاع مستويات سطح البحر وتكثيف أنماط سقوط الأمطار، يمكن أن تتوسع أو تتحول مناطق الفيضانات التاريخية، وتساعد النماذج الجغرافية المكانية التي تتضمن سيناريوهات المناخ في المستقبل المخططين على تصميم هياكل أساسية للتكيف، مثل الطرق المرتفعة، والحواجز التي تعترض المد والزهور، والمواصفات الدائمة، ] مستوى سطح البحر فيوير ، أداة جيوسفيرية معروفة جيداً في ظل سيناريوهات مختلفة.

تعزيز المشاركة والشفافية في المجتمع

وتسمح الخرائط التفاعلية على الإنترنت للسكان بالتحقق من مخاطر الفيضانات التي يتعرض لها ممتلكاتهم، والنظر إلى حالات التأخير في المخاطر، وفهم الأساس المنطقي وراء قرارات التخفيف، وهذه الشفافية تبنى الثقة وتشجع على اتخاذ إجراءات على مستوى الممتلكات مثل رفع الهياكل أو شراء تأمين للفيضانات، كما يساعد التصور المخططين على إبلاغ أصحاب المصلحة غير المتخصصين بما في ذلك المسؤولون المنتخبون والجماعات المجتمعية بالنتائج التقنية المعقدة.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

ميامي - ديد مقاطعة، فلوريدا

إن ميامي معرضة بشدة لفيضانات المد والفيضانات الناجمة عن الأعاصير، وقد استخدمت إدارة مياه وبحيرات ميامي - ديد نظماً ذات قدرة على إحداث الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن الاضطرابات الناجمة عن ارتفاع مستوى البحر في منطقة البحر، والتي تشمل إعادة النظر في الطرقات، وتركيب المضخات.

مومباي، الهند

يواجه مومباي فيضاناً مزمناً يتفاقم بسبب سرعة التحضر وفقدان الصرف الطبيعي، باحثون في المعهد الهندي للتكنولوجيا بومباي يجمعون بيانات الغطاء الأرضي للاندسات، وسجلات سقوط الأمطار لإنتاج خرائط القابلية للتأثر في 30 متراً، وحددوا أن أكثر من 40 في المائة من مناطق البناء العالية

روتردام، هولندا

وتستخدم روتردام نظاماً جغرافياً مكانياً متكاملاً يُدعى روتردام الحساسة على مدار الساعة ، وقد ساعد نظام الاستشعار والصور الساتلية والنماذج الهيدروليكية في نظام المعلومات الجغرافية الذي يتوقع حدوث فيضان في مستوى الشارع يصل إلى 48 ساعة قبل أن يُحدّد النظام أيضاً أثر الحد من الأسقف الخضراء والحدائق التي تُمطر على

دار السلام، تنزانيا

وفي العديد من المدن الأفريقية، يعرقل رسم خرائط مخاطر الفيضانات بيانات متفرقة، وقد استخدم مشروع البنك الدولي " المرور السريع " مزيجا من بيانات تهيؤ السواتل، ونظم إدارة الاقتصاد في الموارد المفتوحة (الآلية مع التصويبات المحلية)، ونظم المعلومات الجغرافية القائمة على المشاركة، حيث رسم السكان آثار الفيضانات أثناء حلقات العمل المجتمعية، وكانت خرائط الخطر الناتجة، وإن كانت أكبر من تلك التي تلحق بمدن عالية الدخل، عوامل جديدة في تحديد الممرات السريعة الخطورة.

التحديات والحدود التي تواجه تحليل الفيضانات الأرضية المكانية

نوعية البيانات وحلها

وقد تفتقد نظم الإدارة المنخفضة الاستبانة (مثلاً، 30 متراً من النظام الآلي) إلى رسم الخرائط الدقيقة الحرجة - مثل كبح جماح المياه، أو مجارير الصرف، أو الاكتئاب الصغير - التي تتحكم في الفيضانات الحضرية، أما بيانات الـ " ليدار " ، فهي مكلفة، في حين أن المثال المثال المثال المثالي، لاقتناء وتجهيزها، وفي كثير من المناطق النامية، يؤدي عدم وجود منتجات موثوقة من الطوبوغرافية وبيانات سقوط الأمطار إلى عدم التيار إلى حدوث أي شك.

التعقيد النموذجي والتكلفة الحاسوبية

وتتطلب نماذج الهيدروليكية الدينامية الكاملة موارد وخبرات حاسوبية كبيرة لإنشاء أماكن للصيد وقياسها، وقد تحتاج المصيد الحضري الصغير إلى شبكات لحل المناطق دون الإقليمية، وخطوات زمنية دقيقة لاستخلاص أنماط تدفق المباني، ويمكن أن يكون ذلك باهظا بالنسبة للبلديات الصغيرة أو أفرقة البحوث ذات الميزانيات المحدودة، وقد لا تمثل النماذج المبسطة، وإن كانت أسرع، مغذيات مثل التدفق حول المباني أو آثار المياه الخلفية من مياه العواصف.

المحاسبة المتعلقة بالهياكل الأساسية والتدريب

وكثيرا ما تفترض النماذج الهيدرولوجية الموحدة تدفقا طبيعيا فوق الأرض، ولكن المناطق الحضرية تعدل بشدة بسبب أنابيب مياه الأمطار، والزجاجات، وأحواض الاستبقاء، وشبكات الطرق التي توجه المياه بطرق غير طبوغرافية، وتحتاج هذه الهياكل الأساسية بدقة إلى سجلات مفصلة حسب البناء - بيانات غير كاملة أو قديمة في كثير من الأحيان، وقد يؤدي التقلب إلى الإفراط في تقدير مستويات الفيضانات في بعض المناطق وإلى التقليل من تقديرها في مناطق أخرى.

دال - المخاطر الدينامية الناجمة عن تغير استخدام الأراضي

ويتطور بسرعة مشروع بناء على حزمة جديدة يمكن أن يغير أنماط الركض ويغير صورة مخاطر الفيضانات في الأحياء الواقعة في المجرى السفلي، وخرائط الفيضانات الأرضية المكانية ملتقطة في الوقت المناسب، وما لم يتم تحديثها بانتظام، فإنها يمكن أن تصبح عتيقة، ودمج الكشف عن تغير الأراضي في الوقت الحقيقي من الصور الساتلية إلى نماذج الفيضانات هو مجال بحثي نشط، ولكن هناك نظم تشغيلية قليلة موجودة حاليا.

الاتصالات وأجهزة اتخاذ القرارات

وحتى أكثر خريطة مخاطر الفيضانات دقة غير فعالة إذا لم يتسن ترجمة هذه الخريطة إلى أعمال سياسية أو عامة، كما أن سوء تفسير أساطير الخرائط (مثلا، خلط منطقة الفيضانات التي تبلغ 100 سنة) مع " كل 100 سنة " ، وعدم الثقة في النماذج يمكن أن يعوق التبني، وعلاوة على ذلك، فإن العوامل السياسية والاقتصادية قد تلغي التوصيات التقنية - مثل الضغط للسماح بالتنمية في الفيضانات المصفورة لأسباب تتعلق بالإيرادات، لا يزال يشكل تحديا مستمرا على نطاق العالم.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

تعليم الآلات من أجل رسم خرائط القابلية للتأثر بالفيضانات

ويتزايد الباحثون في تطبيق خوارزميات التعلم الآلات - مثل الغابات العشوائية، وأجهزة الدعم، والشبكات العصبية التي تبثها المواثيق - للتنبؤ مباشرة بحدوث الفيضانات من المتغيرات المكانية، ويمكن لهذه النهج القائمة على البيانات أن تحدد العلاقات غير الخطية التي تفتقد النماذج القائمة على العمليات، وعلى سبيل المثال، استخدمت دراسة عن عام 2023 نشرت في Nature Communications نماذج تعلمية متطورة في الفيضانات.

توحيد البيانات في الوقت الحقيقي والتوائم الرقمية

إن مفهوم " التوأم الظاهري " - وهو نسخة افتراضية من مدينة تستكمل في الوقت الحقيقي باستخدام بيانات الاستشعار - يكتسب مجرىا لإدارة الفيضانات، إذ أن المشروعات الرائدة في مدن مثل سنغافورة وكوبنهاغن تستخدم بالفعل توائماً في مجال المياه، وكاميرات المرور في توأم قائم على نظام المعلومات الجغرافية، يمكن للمشغلين أن يحفزوا تطور الفيضانات على الذبابة.

المعلومات الجغرافية المجمدة والمتطوعة

ويمكن أن تكون أجهزة الهاتف الذكي ووسائط الإعلام الاجتماعية أجهزة استشعار للفيضانات في الوقت الحقيقي، وعندما يبلغ المستخدمون عن مستويات المياه أو يقدمون صورا مصورة مصورة حسب الأرض، يمكن لهذه الملاحظات أن تكمل مجموعات البيانات الرسمية ونماذج التحقق في المناطق التي تعاني من نقص في التعليم، وتشجع منهاجات مثل ] " منهاج تقييم مخاطر الفيضانات " العالمي ] " ، المواطنون على المساهمة في وضع خرائط للأخطار الفيضانات.

رسم البيانات المفتوحة والرسم التعاوني

إن نمو البيانات المكانية المفتوحة - من سواتل برنامج كوبرنيكوس لأجهزة الاستشعار إلى مجموعات البيانات التي تحتفظ بها المجتمعات المحلية بشأن الاختراع - سيقلل من الحواجز التي تعترض الدخول إلى نموذج الفيضانات، وستؤدي مبادرات مثل خريطة الفيضان العالمية إلى تحسين هذه المصادر لتوفير معلومات عن مخاطر الفيضانات في تواتر حر وقرب العالم، مع قيام الحكومات بمزيد من اعتماد سياسات عامة بشأن البيانات المفتوحة،

خاتمة

وقد تطور التحليل الجغرافي المكاني من عملية أكاديمية متخصصة إلى ركيزة رئيسية لإدارة مخاطر الفيضانات الحضرية، ومن خلال الجمع المنهجي بين الارتفاع والهيدرولوجيا واستخدام الأراضي وبيانات الهياكل الأساسية في إطار نظام المعلومات الجغرافية، يمكن للمخططين تحديد المناطق المعرضة للفيضانات التي تتسم بمزيد من الدقة - مما يتيح الاستثمار المستهدف، وسياسات استخدام الأراضي الأذكى، والاستجابة لحالات الطوارئ الأكثر فعالية، وتظهر دراسات الحالات التي تُجرى من ميامي ومومباي وروتردام ودار السلام تحديات ذات صلة.

وإذ نتطلع إلى المستقبل، وتقريب التعلم الآلاتي، والمجسات في الوقت الحقيقي، والوعود المفتوحة بالبيانات لجعل خرائط مخاطر الفيضانات أكثر دينامية ودقيقة وقابلية للتنفيذ أكثر من أي وقت مضى، وبما أن الأمطار التي تحركها المناخ لا تزال تتزايد، فإن تطبيق التحليل الجغرافي المكاني لا غنى عنه في بناء مدن مرنة يمكنها تحمل المد المتزايد من أخطار الفيضانات، فبالنسبة لأي سلطة حضرية جدية في حماية مواطنيها وأصولها الأساسية،