إن المياه التي تتجه عبر سطح الأرض تخلق أكثر الملامح دينامية وثابتة لجيولوجيتنا الكوكبية، ومن قنوات البرامابوترا المتفائلة إلى الميسيسيبي السفلى، ونظم الأنهار، ومستجمعات المياه التي تغذيها تشكل النظام الدائري للقارات، ومن الأساسي فهم الحدود الدقيقة، ومسارات التدفق، والتغيرات في هذه الكواكب المائية، من أجل إدارة موارد المياه العذبة.

تحديد نظم ومستجمعات المياه في ريفر

ولا يوجد نظام نهري في عزلة، وهو نتاج مستجمع المياه، الذي يتجه إلى التهطال نحو منفذ مشترك، ويوفر رسما دقيقا لهذه السمات الإطار المكاني لجميع التحليلات المائية اللاحقة.

ما هو ماء؟

إن مجرى المياه، الذي كثيرا ما يسمى حوض الصرف أو المصيد، هو منطقة من الأراضي التي تجمع فيها جميع المناظر الطبيعية وتتدفق إلى منفذ مشترك مثل النهر أو البحيرة أو الخزان أو المحيط، وتسمى الحدود التي تفصل بين منحدر ماء وآخر تباع فيها مياه الأمطار، وتختلف هذه الانقسامات بين الجبال أو التلال أو ارتفاعات التضاريس.

عناصر نظام نهر

نظام الأنهار يشمل الجذع الرئيسي (النهر الرئيسي) وجميع الترايت (المجاري المملة) التي تغذيه، حيث ينضم ثلاثي إلى النهر الرئيسي، وخصائص المعالم الطبيعية المرتبطة بالأنهار تشمل مجرى مياه فيضان (منافذ مجاورة للنهر الذي يعاني من فيضان دوري)، وسلاسل الترسبات (مزيلات الفيضان المُدمَّرة)، وافتراضات (الآثبة في الأنهار).

من المسح الأرضي إلى السواتل

وقد استندت عمليات المسح التقليدية لنظم الأنهار إلى دراسات أرضية واسعة النطاق، وتحليل الخرائط الطبوغرافية، والتصوير الجوي، إلا أن الدراسات الاستقصائية الأرضية، وإن كانت دقيقة للغاية، تستغرق وقتا طويلا، وتكلفة، وتصعب من الناحية السوقية في المناطق النائية أو المتردية، وتوفر الصور المصورة ذات الطابع المركب نظرة متبادلة، ولكنها غالبا ما تكون غير متكافئة أو باهظة، لالتقاط تغييرات دينامية مثل الفيضانات أو التقلبات الموسمية، كما تكافح هذه الأساليب لتوفير بيانات متسقة في جميع العقود.

التكنولوجيات الساتلية الرئيسية لرسم خرائط المياه

وتسهم عدة تكنولوجيات ساتلية متميزة في رسم خرائط لنظم الأنهار ومستجمعات المياه، حيث يوفر كل منها قدرات فريدة من نوعها على رؤية المياه وقياسها.

التصوير الضوئي والتعدد الأطياف

"الجهاز الضوئي يقيس ضوء الشمس المظهر من سطح الأرض" "الماء لديه توقيع مُختلف" "يستوعب بقوة" "في منتصف المدة" "و"الجهاز الإشعاعي"

Synthetic Aperture Radar

(الرادار الاصطناعي) هو جهاز استشعار نشط يُرسل نبض طاقة الموجات الدقيقة نحو الأرض ويسجل إشارة التخلف،

نماذج الارتقاء الرقمي

(أ) تحديد خطوط الأنابيب المائية بشكل أساسي من الطبوغرافيا، ونموذج الارتفاع الرقمي (DEM) يوفر شبكة الارتفاع المسطحة التي يحسب منها اتجاه التدفق والتراكم، ونموذج المكوك (DEM-L) الذي يستمد من قاعدة البيانات العالمية ذات الجودة العالية في عام 2000.

دال - إنتاج الهيدرولوجي القابل للتداول

وتحتاج الصور الساتلية المتحركة إلى تجهيزات هامة لتصبح خرائط مفيدة لملامح المياه.

مؤشرات المياه وتصنيفها

وتستخدم مؤشرات المياه المتعددة الأطياف كمؤشرات المياه المستخدمة في تصنيفات المياه على نطاق واسع، وهي عبارة عن طريقة موحدة لإبراز المياه المفتوحة، وتستخدم مؤشرات المياه المتجددة في إطار مؤشر المياه الأخضر ومتوسط النطاقات المائية، وتنشئ في ذلك الحين مجموعات من المواد ذات القيمة المضافة العالية، وتضع نماذج مائية ذات كفاءة عالية.

ترسيم مستجمعات المياه الآلية

Deline of watershed boundaries from a DEM is a standard GIS work flow. 1) Fill Sinks: Remove topographic depressions (sinks) in the DEM so water can flow continuously. 2)

التطبيقات في إدارة المياه وحفظها

القدرة على رسم خرائط لنظم الأنهار ومستجمعات المياه من الفضاء لها تطبيقات مباشرة وقوية لإدارة موارد المياه العذبة للأرض

مخاطر الفيضانات والإنذار المبكر

(ب) إن الصور التي تلتقطها منطقة البحث دون أن تتأثر بالسحابات، يتم الحصول عليها مباشرة بعد وقوع حادث عاصفة، وتقوم دائرة إدارة الطوارئ في كوبرنيكوس بسرعة بإيصال خرائط ترسيم الفيضانات استناداً إلى البيانات الساتلية للمستجيبين في حالات الطوارئ، وتسترشد هذه الخرائط بالمعونة الإنسانية، وتخصيص الموارد، وتقييم الأضرار.() ويُستخدم تحليل الصور الساتلية التاريخية لبناء نماذج للتواتر وخرائط الخطر، وإبلاغ أنظمة الحدوث وبرامج التأمين في الفيضانات.()

إدارة موارد المياه العابرة للحدود

وفي العديد من النظم النهرية الرئيسية عبر الحدود الدولية (مثل النيل، والهندوس، وميكونغ، وكولورادو)، فإن إدارة الموارد المائية المشتركة معقدة سياسيا، وتوفر البيانات الساتلية مصدرا ثابتا وشفافا ومحايدا للمعلومات التي يمكن لجميع الدول أن تثق بها، كما أن رصد التغيرات في تخزين الخزانات، ونطاق حقائب الثلج في المياه الأمامية، واستخدام مياه المحاصيل عبر الحدود يساعد على بناء اتفاقات والحد من الصراع، على سبيل المثال، رصد تدفقات الثلج بواسطة السواتل في أوائل المعالم.

Environmental Monitoring and Wetland Conservation

فالأراضي الرطبة هي نظم إيكولوجية حرجة توفر التحكم في الفيضانات وتنقية المياه والموئل، ومن الصعب رصدها على الأرض، وتتيح بيانات السلسلة الزمنية للسواتل إجراء دراسات استقصائية منتظمة عن صحة الأراضي الرطبة ونطاقها، وتتبع التغيرات في دلتا بانتانال وأوفانغلاديس، كما أن رصد جودة المياه باستخدام البيانات الساتلية يساعد على تحديد الورم الضئيل الضارة في الممرات الصحية للبحيرات والتحذيرات الحافظة.

التخطيط الزراعي وكفاءة المياه

وتمثل نماذج التحلل من المياه، مثل أوبنت ]، تجمع بين البيانات ذات الأشعة تحت الحمراء الحرارية من لادسات وبيانات الأرصاد الجوية، وذلك لتوفير تقديرات ميدانية للمياه تستهلكها المحاصيل، مما يتيح لمقاطعات المياه والمزارعين تحديد مواعيد إدارة شبكات الري تحديداً، واكتشاف التسرب في نظم التوزيع.

التحديات والجيل القادم من أجهزة الاستشعار

وفي حين أن تكنولوجيا السواتل قد حولت الهيدرولوجيا، فإن التحديات لا تزال قائمة، والجيل القادم من أجهزة الاستشعار يبشر بقدر أكبر من القدرات.

مقايضة القرار المكاني والتمهل

وثمة تحد ثابت يتمثل في تحقيق التوازن بين التفاصيل المكانية وبين إعادة النظر في الترددات، إذ توفر أجهزة الاستشعار ذات الاستبانة العالية جدا (مثلا، شركة ماكسار العالمية فيو) تفاصيل عن المتر دون المتوسط، ولكنها لا تحتاج إلا إلى إعادة النظر في موقع ما كل بضعة أيام، وتوفر أجهزة الاستشعار الحديثة (Landsat، جهاز الاستشعار 2) تغطية متكررة (5-16 يوما) في 10-30 مترا.

الاستخبارات الفنية والحساب الإلكتروني المختلط

ويعجل التعلم في مجال الآلات بتحليل البيانات الهيدرولوجية، وتستخدم نماذج التعلم العميق، مثل شبكات الظواهر العصبية التي تبثها الأجهزة الكهربائية، لاستخراج شبكات من شبكات التدفق من نظم إدارة الشؤون الاقتصادية وتصنيف نطاقات الفيضان من صور سواتل البحث بدقة عالية، وتستضيف محفوظات حاسوبية واسعة النطاق (منابر غوغل الأرض، وميكروسوفت للكشف عن المواد الخليوية) في قارات متعددة.

البعثات الساتلية المقبلة (SWOT وNISAR)

(أ) إنّ مستقبل مسح الهيدرولوجيّة مُبَاعِد جداً.

ومن تحديد الحدود الدقيقة لمصيدة صغيرة من المياه السطحية لقياس تدفق الأمازون من الفضاء، توفر تكنولوجيا السواتل العمود الفقري للبيانات اللازمة للإدارة الحديثة للمياه، وتتيح هذه الأدوات للعلماء تتبع الفيضانات، وتخصيص المياه عبر الحدود، وحفظ الأراضي الرطبة الحرجة، وتوقع توافر المياه في المستقبل، ومع تزايد عدد السكان في العالم، وتغير المناخ، أصبحت القدرة على رسم خرائط ورصد نظم المياه ومستجمعات المياه من الفضاء عنصرا أساسيا من عناصر المعلومات العالمية.