أهمية الهيدرولوجيا في فهم أنماط البيئة

Condensation and Cloud Formation: Birthplaces of Precipitation

وكمواد هوائية متحركة ومبردة، فإن بخار المياه يتكون من جزيئات مائية محمولة جواً مصغرة معروفة بالهيروسولات، وتشكل قطرات غيوم، وتُعدّل الكائنات الحية المجهرية ذات الحجم الكهرمائي، وتُركّز، وتُغيّر المرحلة، وهي تؤدي دوراً محورياً في تحديد كثافة التهطال، ومدة، والتوزيع المكاني.

التهطال: تسليم المياه إلى السطح

ويعود التهطال إلى سطح الأرض في الغلاف الجوي بأشكال مختلفة منها الأمطار والثلوج والهايل والكم، ويؤثر مرحلة وتوقيت التهطال تأثيرا بالغا على سرعة تسرب المياه من التربة أو التدفق إلى المجاري والأنهار، فعملية التنظيف، على سبيل المثال، بمثابة خزان طبيعي، وخزن المياه من خلال الشتاء، وتأخير إطلاق المياه في المياه العذبة تدريجيا.

التسلل وشحن المياه الجوفية: المياه الجوفية المُستديمة

وبعد التهطال، يتسلل الماء إلى سطح التربة، ويغذي رطب التربة، ويعيد شحن طبقات المياه الجوفية، ويخضع معدل التسلل إلى نسيج التربة، أو الهيكل، أو ظروف الرطوبة المتسربة، أو الغطاء النباتي، أو استخدام الأراضي، وفي المناطق الحضرية، ترتفع معدلات التدفق غير المستقر مثل الطرقات والأسطح التي تقلل بشكل كبير من القدرة على التسلل، وتزيد من سرعة تصريف المياه السطحية.

تشغيل السفن وتدفقها: ربط رؤوس الأراضي بالمحيطات

ويزيد من المياه التي لا يمكن أن تخترق سطح الأرض كهروب، ويجمع هذا الجري في القنوات والمجاري والأنهار، ويصل في نهاية المطاف إلى المحيطات والبحيرات، ويُعدّ الركض عاملاً مهيمناً للتآكل، ونقل الرواسب، والتدوير المغذي، ويرسم خرائط النهري والنظم الإيكولوجية الساحلية، ويحلل علماء الهيدروغرافيا هذه الاستجابات التي ترسم مسارات المياه على مر الزمن.

لماذا مسائل الهيدرولوجيا للبراءات البيئية

فالعمليات الهيدرولوجيّة ترتكز أساساً على أنماط بيئية كثيرة تؤثر على صحة النظم الإيكولوجية، وإنتاجية الزراعة، وسلامة الإنسان، ويمكّن فهم هذه الروابط فهماً عميقاً العلماء ومديري الموارد وواضعي السياسات من توقع التغييرات البيئية ووضع استراتيجيات فعالة للتخفيف من آثارها.

هاء - صحة النظام الإيكولوجي وقابلية توافر المياه

وتعتمد النظم الإيكولوجية الطبيعية، مثل الأراضي الرطبة والأنهار والبحيرات، على نظم هيدرولوجية محددة لوظيفتها وتنوعها البيولوجي، ويمكن أن تؤدي النبضات الفيضانية الدورية إلى تسرّب الأسماك، وتدوير المغذيات، وتجديد الموائل، في حين أن الظروف المتدنية الطول قد تركز الملوثات وتضغط على الحياة المائية، ويرصد علماء الاضطرابات التدفقات البيئية [الكمية المائية] [التغيير الصحي اللازم].

الإدمان على الفيضان وتخفيف المخاطر

وتوفر الهيدرولوجيا أدوات أساسية لتقدير احتمالات الفيضانات عن طريق تحليل سجلات تدفق المياه التاريخية وتطبيق نماذج هطول الأمطار، وتسترشد خرائط المخاطر الأرضية المستمدة من هذه التحليلات بتخطيط استخدام الأراضي، وتصميم أحواض الاحتفاظ، واللياف، والهياكل الأساسية للمياه العواصف، ووضع رموز للفيضانات في المناطق المعرضة للفيضانات، مع تزايد حدة تغير المناخ في أحداث التهطال المتطرفة، وتغيّر تواتر الكوارث في الفيضانات.

الجفاف وسح المياه

أدوات نموذجية مشتركة

(أ) [ت] [ت]] [مخططات] للنموذج الهيدرولوجي المستخدم على نطاق واسع: [تمثل في: FLT:]

التحديات الرئيسية في مجال الهيدرولوجيا اليوم

وعلى الرغم من التقدم العلمي والتكنولوجي الكبير، يواجه علماء الهيدرولوجيات تحديات مستمرة تعقّد عمليات التقييم والإدارة الدقيقة لموارد المياه.

سجّالة البيانات وعدم اليقين

وتعاني مناطق كثيرة، ولا سيما في البلدان النامية والمناطق الجبلية النائية، من عدم كفاية الهياكل الأساسية للرصد الهيدرولوجي مثل قياسات المجرى، والرادار الجوي، وآبار المياه الجوفية، مما يحد من نوعية البيانات الأساسية وتغطيتها المكانية، كما أن جميع القياسات تخضع لأخطاء وتقلبات طبيعية، ويدخل عدم اليقين في النماذج والتنبؤات الهيدرولوجية، ويستلزم معالجة هذه الثغرات في البيانات الاستثمار في شبكات الرصد، وتكنولوجيات الاستشعار عن بعد، وتقنيات الابتكارية.

تغير استخدام الأراضي والتحضر

:: إزالة الغابات السريعة والتوسع الزراعي والزحف الحضري تغيراً جذرياً في العمليات الهيدرولوجية بتغيير معدلات التسلل، والأنماط السطحية، والتبخر، ونقل الرواسب، ويمكن لهذه التغيرات البشرية أن تزيد من مخاطر الفيضانات، وتخفض تغذية المياه الجوفية، وتتدهور نوعية المياه، ويجب على علماء الهيدرولوجيات أن يدمجوا تغيرات دينامية في استخدام الأراضي في نماذج للتنبؤ بدقة بسلوك مستجمعات المياه في السيناريوهات الحالية والمقبلة.

استنفاد المياه الجوفية

وقد أدى الاستخراج المفرط للمياه الجوفية لأغراض الري والاستخدامات الصناعية والبلدية إلى انخفاض مستويات طبقات المياه الجوفية في جميع أنحاء العالم، وتشمل الآثار انخفاض الأراضي، وانخفاض تدفق المياه خلال المواسم الجافة، وتدخيل المياه المالحة في طبقات المياه الجوفية الساحلية.() وتتوقف الإدارة المستدامة للمياه الجوفية على تحسين تقدير كمي آليات التغذية، وقدرة تخزين طبقات المياه الجوفية، ومعدلات الاستخدام، فضلا عن تنفيذ الأطر التنظيمية لموازنة عمليات الانسحاب مع تجديد الموارد الطبيعية.

Climate Change and Non-Stationarity

وكثيراً ما تفترض التحليلات الهيدرولوجية التقليدية وجودة، مما يعني أن الأنماط الهيدرولوجية السابقة ستستمر دون تغيير في المستقبل، غير أن تغير المناخ ينتهك هذا الافتراض بتغيير كثافة التهطال والتوقيت وديناميات ثلجية ومعدلات التبخر.() ويضع علماء الهيدرولوجيون الآن نماذج غير ثابتة تدمج توقعات المناخ وتحليلات السيناريوهات لتحسين استيعاب النظم الهيدرولوجية الناشئة.()

الاتجاهات الناشئة في الهيدرولوجيا

وتُحدث التكنولوجيات الابتكارية والنُهج التعاونية تحولا في الهيدرولوجيا، مما يعزز فهم وإدارة الموارد المائية في عالم متغير.

الاستشعار عن بعد والرصد عن طريق السواتل

وتسمح البعثات الساتلية مثل " ناسا " ][GRACE-FO[FO](استرداد الجاذبية وبحث المناخ) بإجراء تغييرات في مخزون المياه الأرضية - بما في ذلك المياه السطحية، ورطوبة التربة، والمياه الجوفية - من الفضاء، كما أن سواتل أخرى مثل SMAP (نشاط ثلج مكافئ للثلج) و " ESA " .

المعلومات الضخمة

وقد مهد انتشار مجموعات البيانات الهيدرولوجية الكبيرة من شبكات الرصد والاستشعار عن بعد والنماذج المناخية الطريق أمام التحليلات المتقدمة باستخدام التعلم الآلاتي والاستخبارات الاصطناعية، إذ أن خوارزميات التعلم العميق تحلل الأنماط المعقدة في تدفق التيار، والتهطال، والصور الساتلية لتحسين التنبؤ بالفيضانات، وكشف الجفاف، والتنبؤات بجودة المياه، في حين أن هذه النُهج القائمة على البيانات يمكن أن تتفوق على النماذج التقليدية المتحقق في بعض الحالات.

مزاولة علوم المواطنين وإشراكهم في المجتمع

وتوفر شبكات الرصد القائمة على أساس متطوعي مثل CoRaHS] (مطار التعاوني، شبكة هايل، شبكة الثلج) ملاحظات تهطالية مكثفة ومحلية تعزز التنبؤات الهيدرولوجية على نطاقات دقيقة، وبالتالي فإن إشراك المجتمعات في عمليات أخذ العينات في نوعية المياه، والإبلاغ عن الفيضانات، وإدارة البحوث في مجال المياه يعزز من القدرة على جمع البيانات،

الإدارة المتكاملة لموارد المياه

(ب) الإدارة المتكاملة لموارد المياه هي إطار شامل يجمع بين الهيدرولوجيين، وعلماء البيئة، وعلماء الاقتصاد، وواضعي السياسات، وأصحاب المصلحة لإدارة موارد المياه على نحو مستدام ومنصف، وبتنسيق إدارة الأراضي والمياه والنظم الإيكولوجية عبر القطاعات والحدود السياسية، تتصدى الآلية المتكاملة للموارد المائية للتحديات المعقدة مثل الطلب المتنافس على المياه، وحماية النظم الإيكولوجية، والتكيف مع المناخ.

خاتمة

وتتجاوز الهيدرولوجيا مجرد الانضباط التقني؛ فهي بمثابة العدسة الأساسية التي نفهم من خلالها كيف تقود المياه الأنماط البيئية، من الصحة المحلية ووظيفتها في مجال الأراضي الرطبة إلى الديناميات المناخية العالمية، ومع تزايد الضغوط الناجمة عن النمو السكاني، وتغير استخدام الأراضي، وتقلب المناخ، يصبح دور الهيدرولوجي أكثر أهمية في توجيه الإدارة المستدامة للمياه، والحد من مخاطر الكوارث، وحفظ النظام الإيكولوجي، ورصد التقدم في مجالات المناخ، ورصد التقدم في مجالات الملاحة في القرن الواحد والعشرين.