The Growing Crisis of Aquifer Overdraft

إن نضوب المياه الجوفية قد تسارع بشكل كبير خلال نصف القرن الماضي، وفقاً لـ U.S. Geological Survey ، أكثر من نصف طبقات المياه الجوفية الرئيسية في العالم تستنفد أسرع مما يمكن أن تغذيه طبيعياً، في مناطق مثل وادي كاليفورنيا المركزي، وبونجاب الهند، وسادة أوفلينز العليا في الولايات المتحدة (أوميغا).

إن التخريب الأرضي - غرق سطح الأرض - قد تم توثيقه في مواقع مثل مدينة مكسيكو ووادي سان جوكين حيث انخفضت بعض المناطق بأكثر من 30 قدما، ويحدث تدخيل مياه الأمطار عندما يقلل الإفراط في الإغراق من ضغط المياه العذبة، مما يسمح بدخول المياه البحرية إلى طبقات المياه الجوفية الساحلية المائية المتاخمة، مما يؤدي إلى تضاؤل إمدادات المياه العذبة بصورة دائمة دون الملح.

فالإفراط في السحب ليس مجرد مشكلة إمدادات، بل هو أزمة عامة لأمن المياه، فالزراعة التي تستهلك نحو 70 في المائة من عمليات سحب المياه العذبة على الصعيد العالمي، تواجه تخفيضات في الإنتاج، حيث تتدفق آبار الري أو تصبح باهظة التكلفة إلى الضخ من أعماق متزايدة، كما تعاني إمدادات المياه البلدية، مما يرغم المدن على تنفيذ بدائل باهظة التكلفة أو تسعى إلى إيجاد بدائل باهظة الثمن، ولم تكن الحاجة إلى إيجاد مصادر بديلة قد ارتفعت أبدا.

Desalination: A Brief Technology Overview

ويحول التحلل المياه المالحة إلى مياه جديدة بإزالة الملح والمعادن المذوبة، وتهيمن تقنتان رئيسيتان على السوق وهما: التخثر العكسي والتفكك الحراري.

الأشعة العكسية

وتحتفظ الأغشية بالماء السطحي المائي من خلال أمبراني شبه قابلة للشرب بضغط مرتفع، وتحتفظ الأغشية بالأيون الملحية بينما تسمح للجزائط المائية بالتجاوز، وتتحقق محطات التروس الحديثة من معدلات التعافي من المياه البحرية بنسبة تتراوح بين 40 و50 في المائة، وتنتج المياه التي تقل مساحتها الإجمالية عن 500 ملغم/لتر، في حدود معايير مياه الشرب.

الاضطرابات الحرارية

فالعمليات الحرارية مثل الوميض المتعدد المراحل والمطهر المتعدد المؤثرات والماء البحري الغالي وتكدس البخار لإنتاج المياه العذبة، وهذه الأساليب كثيفة الطاقة )١٠-٢٥ كيلوواط/م٣( وتستخدم عادة في الشرق الأوسط، حيث لا تزال أنواع الوقود الأحفوري الوافرة والحرارة من محطات توليد الطاقة أقل قدرة على البقاء اقتصاديا.

التكنولوجيات الناشئة

وتهدف البحوث في مجال التخدير الأمامي، والتحلل من النمبرات، والتشنط الأسري إلى خفض الطلب على الطاقة والحد من الرغوة، وبينما تبشر هذه التكنولوجيات بالخير، فإنها تظل في مراحل تجريبية أو مبكرة من التجارة، ولا تزال غير قادرة على المنافسة مع " RO " في مجال تحلية المياه البحرية الكبيرة، فإن تحلية المياه الراقية التي تعالج المياه بأقل من الملوحة البحرية، تتطلب قدرا أقل من الطاقة، كما تستخدم في تكساس.

مزايا الميل في النظرية

ويتيح التحلل عدة مزايا متأصلة تجعله خيارا جذابا بالنسبة للمناطق التي تواجه طبقة المياه الجوفية على مشروع:

  • Supply reliability:] Desalination plants operate continuously, independent of rainfall, icemelt, or seasonal climate patterns. They are drought-proof in the sense that the sea does not run dry.
  • Proximity to demand:] Coastal cities can location plants near population centers, reducing water conveyance costs and losses. For example, plants in Carlsbad, California, and Sorek, Israel, provide water directly to municipal systems.
  • Pressure relief for layers:] Each cubic meter of desalinated water used can reduce groundwater pumping by roughly the same amount. In principle, this allows overstressed layers to recover through natural recharge.
  • Scalable production:] Desalination plants can be built in phased capacities, from small community units (a few hundred m3/day) to mega-plants exceeding 500,000 m3/day (e.g., the Ras Al Khair plant in Saudi Arabia).

وقد أدت هذه الفوائد إلى توسع سريع في القدرة العالمية على إزالة الملح، ففي عام 2023، تجاوز مجموع القدرة المركبة 100 مليون متر/يوم، مع تشغيل محطات في 177 بلدا.() وتلاحظ الأمم المتحدة أن التحلية توفر أكثر من 300 مليون شخص من المياه العذبة، ولا تزال السوق تنمو بنسبة 6-9 في المائة سنويا.

التحديات الحرجة

ورغم وعدها، فإن إزالة الملح تواجه ثلاثا من التحديات المترابطة: الطاقة، التكلفة، الأثر البيئي.

استهلاك الطاقة ورسم الخرائط

ولا تزال تحلية مياه البحر قائمة على كثافة الطاقة، فالحد الأدنى من الطاقة النظرية اللازمة لفصل الملح عن مياه البحر هو حوالي ١ كيلوواط/م٣، ولكن محطات التحلل الحقيقي تعمل في العالم الحقيقي عند ٣-٥ كيلوواط/م٣، وعندما تكون الطاقة الكهربائية بالوقود الأحفوري، فإن ذلك يترجم إلى انبعاثات كبيرة من غازات الدفيئة - حوالي ١,٥-٢,٥ كيلوغرام من ثاني أكسيد الكربون لكل متر٣ من المياه المنتجة.

فالانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة أمر ممكن من الناحية التقنية، إذ توجد مشاريع تحلية ذات طاقة طاقية في المملكة العربية السعودية (تستخدم الألواح الضوئية) وأستراليا (تستخدم الطاقة الحرارية الشمسية)، غير أن الطبيعة المتقطعة للشمس والريح تتطلب تخزين الطاقة أو نظماً هجينة، مما يزيد من تكاليف رأس المال، كما أن النباتات المرابطة بالطوابق في المناطق التي تستهلك الكهرباء النظيفة (مثلاً، النرويج، التي تفتقر إلى الطاقة المائية)

ألف - الرؤية الاقتصادية

وقد انخفضت تكلفة المياه الملوحة انخفاضا كبيرا خلال السنوات العشرين الماضية، حيث تقوم محطات المياه السطحية الكبيرة في المياه البحرية حاليا بتسليم المياه بسعر 0.50-1.00 دولار للمتر المكعب، من 1.50 إلى 2.50 دولار في أوائل العقد الأول من القرن الماضي، مما يجعل من التحلية قادرة على المنافسة مع بعض اللوازم البديلة، مثل عمليات نقل المياه البعيدة المدى أو المياه المستعملة المعاد تدويرها (التي يمكن أن تكلف 0.60 دولار/١٢٠ دولار).

غير أن إزالة الملح لا تزال أكثر تكلفة بكثير من ضخ المياه الجوفية، إذ إن استخراج المياه الجوفية من طبقة المياه الجوفية الضحلة وغير المستنفدة يمكن أن يكلف أقل من 0.10 إلى 0.30 دولار/م3، وحتى مع تزايد أعماق الضخ، تظل المياه الجوفية أرخص من المياه الجوفية، ولا تضيق الفجوة إلا عندما تتفاقم قوى استنفاد المياه الجوفية، أو عندما تبيع الآثار الخارجية البيئية (مثلا، أضرار المياه الجوفية).

وتشكل تكاليف رأس المال حاجزا آخر: إذ يمكن أن يتطلب مصنع مياه البحر المدارية الذي يتراوح بين ٠٠٠ ١٠٠ متر و ٣ أيام استثمارا مقدما يتراوح بين ٣٠٠ و ٥٠٠ مليون دولار، مع السماح بالبناء وبدء العمل به لمدة ٣ سنوات و ٥ سنوات، وكثيرا ما يتطلب تمويل هذه المشاريع اتفاقات طويلة الأجل لشراء الطاقة أو إعانات حكومية.

Brine Discharge and Environmental Impacts

وينتج التحلل تدفقاً مركزاً من الرخام يحتوي على مرتين ملوحة مياه البحر، إلى جانب المواد الكيميائية المستخدمة في ما قبل المعالجة (المتلازمات، والكوغلات) والتنظيف المغنطيسي، ويمكن أن يؤدي تسرب الرنين إلى عمومات من خطوط السالين تقلل من الأكسجين المذوب والكائنات الحية من القاع.

وتشمل استراتيجيات التخفيف من حدة التلوث رشاوى مع مياه التبريد في محطات توليد الطاقة، ونظم الانتشار لتشتيت السباكات، وتكنولوجيات إزالة السائلة التي تسترد الصلبات، والزحلة كثيفة الطاقة ونادرا ما تنتشر في محطات مياه البحر، ويمكن التقليل إلى أدنى حد من الأثر البيئي عن طريق الجلوس المتأنق (مثلا في المناطق الساحلية ذات الغطاء الحرجي العالي التي تصطنب فيها كميات كبيرة) وعن طريق استخدام مخططات متقدمة.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن المتناولات من أجل إزالة الأحلال تقتل الكائنات البحرية (التدريب والارتطام) إذا لم تكن الشاشات مصممة بشكل سليم، وتخفض الكميات المتحصلة من المياه الجوفية (بئر الخوخ) هذا الأثر ولكنها محدودة من جانب جيولوجيا المياه الجوفية وقدراتها.

الجدوى كبديل للمعاينة الزائدة

والسؤال الأساسي هو ما إذا كان يمكن أن تكون تحلية المياه بديلاً ] عن المياه الجوفية المستخرجة من طبقات المياه الجوفية التي تُسحب من المياه الجوفية التي تُسحب أكثر من اللازم، والإجابة تتوقف بشدة على الموقع والحجم والاستخدام المقصود للمياه.

حيث يعمل التحلل

إن التحلل هو الأكثر جدوى بالنسبة للبلديات الساحلية والمستعملين الصناعيين الذين يمكنهم تحمل تكاليف المياه المرتفعة، ففي سنغافورة، يوفر تحلية المياه حوالي 30 في المائة من إمدادات المياه الوطنية، ويكملون المياه المستوردة، وجني مياه الأمطار، ويستردون المياه، وفي إسرائيل، تنتج مصانع سوريك وآشلون ما يقرب من 60 في المائة من المياه المحلية، مما يتيح للبلد تجديد كميات المياه الجوفية الساحلية التي يزيد عددها على الضغط، بل ويُصدر فائض المياه إلى الجيران.

في كاليفورنيا، محطة "كارلسباد" للتحلي بالمرض تُقدّم حوالي 10% من مياه مقاطعة "سان دييغو" هذا قد قلّل من الاعتماد على نهر كولورادو و دلتا "ساكرامنتو سان جوكين" التي تخضع لضغوط بيئية وضغط على المكشوفات، لكن المصنع لا يزال مثيرا للجدل بسبب ارتفاع تكلفته واستهلاكه للطاقة.

حدود المعاينة الداخلية

وبالنسبة لمستودعات المياه الجوفية الداخلية (مثلا، أوغالالا في الولايات المتحدة، ومستودع المياه الجوفية في الهندوسية في باكستان)، فإن تحلية المياه محصورة جغرافيا، إذ أن نقل مئات الكيلومترات من المياه البحرية يفرض تكاليف ضخمة من حيث الضخ والبنى التحتية للأنابيب، وكثيرا ما يكون تحلية المياه الصالحة للاستمرار؛ ويحتوي العديد من طبقات المياه الجوفية الداخلية على طبقات مياه مرفأة يمكن معالجتها بأقل من التكلفة.

ويشكل التخلص من المآسي في المياه الداخلية تحديا كبيرا، إذ أن البراجن التي تفرغ من الأراضي كثيفة، وتتحمل الحقن العميق مخاطر زلزالية، كما أن نظم إزالة السائلة باهظة التكلفة بالنسبة لمعظم التطبيقات الزراعية، ونتيجة لذلك، يتطلب تحلية الأراضي الداخلية دراسات استقصائية جيولوجية دقيقة والرقابة التنظيمية.

ليس حلاً

ولا يمكن أن يحل التحلل محل جميع استخدامات المياه الجوفية، إذ لا يمكن للزراعة التي تبلغ 70-80 في المائة من استهلاك المياه الجوفية في كثير من المناطق التي تكثر فيها المياه، أن تتحمل المياه الملوحة بسعر 0.50-1.00/م3، وتدر المحاصيل الميدانية مثل القمح أو الذرة إيرادات إجمالية تبلغ 0.10-0.20 دولار/م3 من المياه المستخدمة، بل إن المحاصيل ذات القيمة العالية مثل اللوز والخطة الزراعية تكافح بأسعار المياه هذه.

وعلاوة على ذلك، لا يعالج تحلية المياه الأسباب الجذرية لسحب السحب على المكشوف: الضخ غير المنظم، والكهرباء المدعومة لاستخراج المياه الجوفية، وعدم القياس، فبدون إصلاح مؤسسي، قد يؤدي تحلية المياه إلى مجرد التمكين من استمرار الإفراط في الاستهلاك بدلا من تعزيز الحفظ.

إدماج الميل إلى توفير مياه مستدامة

ويعالج النهج العملي مسألة إزالة الملوحة باعتبارها أحد عناصر استراتيجية أوسع لإدارة المياه، وتبرز الأمثلة الناجحة من جميع أنحاء العالم المبادئ التالية:

الاستخدام الزجري

فالاستعمال الزجري ينطوي على إدارة متعمدة للمياه السطحية والمياه الجوفية والمياه الجوفية الملوّنة معاً، على سبيل المثال، يمكن استخدام المياه الملونة أثناء الجفاف، مع السماح لمستودعات المياه الجوفية بإعادة التغذية خلال السنوات الرطبة، وهذا النظام منتشر في مقاطعة أورانج، كاليفورنيا، حيث تكمّل محطة تحلية مياه البحر بالقرب من منطقة هنتنغتون، نظام إعادة تدوير المياه الجوفية (الماء المُعاد تدويره معاً والمحقن في المياه).

Renewable Energy Integration

ولتقليل آثار الكربون إلى أدنى حد، ينبغي أن تقترن محطات تحلية جديدة بالطاقة المتجددة، وتقوم بلدان مثل إسبانيا وأستراليا ببناء تحلية تعمل بالطاقة الشمسية من أجل تزويد المجتمعات الساحلية المعزولة، كما أن المشاريع الرائدة التي تستخدم الطاقة الموجية والرياح البحرية آخذة في الظهور، كما أن آليات السياسات مثل ائتمانات الطاقة المتجددة أو ضرائب الكربون يمكن أن تعجل بهذا التحول.

السياسات والتنظيم

ويجب إصلاح حقوق استخراج المياه الجوفية لمنع مشكلة المناطق الحرة، وتنفيذ رسوم استخراج المياه، وتصاريح الضخ القابلة للتداول، أو القياس الإلزامي، وخلق حوافز اقتصادية لاستخدام المياه بكفاءة، ويمكن أن يكون التحلل عندئذ بمثابة دعم مكلف ولكن موثوق به، وليس توريداً من الدرجة الأولى، ويؤكد التوجيه الإطاري للاتحاد الأوروبي بشأن المياه، [يعكس التكاليف الحقيقية] على الحاجة إلى البيئة.

إدارة الطلب

وقبل بناء قدرة جديدة على إزالة المياه، ينبغي للمجتمعات المحلية أن تسعى بنشاط إلى حفظ المياه، والحد من التسرب، والأجهزة التي تتسم بالكفاءة في المياه، وفي كاليفورنيا، كان استخدام المياه في المناطق الحضرية مزدهرا على الرغم من النمو السكاني بسبب تدابير الكفاءة، وينبغي أن يؤدي التحلل إلى سد الفجوة المتبقية بعد تنفيذ جميع تدابير الحفظ الفعالة من حيث التكلفة.

خاتمة

إن التحلل أداة قوية لمعالجة مسألة المياه الجوفية على المكشوفة، ولكنه ليس حلاً لليابسة، وقدرة على توفير إمدادات مياه موثوقة وقادرة على الجفاف، وما زالت التكاليف تتناقص، غير أن القيود البيئية والاقتصادية - وخاصة الاستخدام العالي للطاقة، والتخلص من الرشوة، والتكلفة المتصلة بالزراعة - تعني أن تحلية المياه وحدها لا يمكن أن تستعيد طبقات المياه الجوفية المستنفدة، وأن المستقبل المستدام حقاً للمياه يتطلب حافظة متكاملة:

ويجب على المجتمعات التي تواجه نضوب طبقة المياه الجوفية أن تقيّم تحلية المياه في سياقها الجغرافي والاقتصادي المحدد، وبالنسبة للمدن الساحلية ذات الطلب المرتفع على المياه والقدرة على الدفع، فإن تحلية المياه توفر حلا جزئيا واقعيا، وبالنسبة للمناطق الزراعية الداخلية، فإن العمل الأصعب ولكن الأكثر ضرورة لخفض الطلب، وتحويل المحاصيل، وإعادة التغذية ما زال الأولوية، وبدون ذلك الجهد التأسيسي، حتى أكثر تكنولوجيا إزالة المياه تقدما لن يؤدي إلا إلى تأخير اليوم الحتمي للانتعاش في المياه الجوفية.