آليات تشوّه وانهيار المنحدرات في المواقع الجيوأثرية المغمورة: النمذجة الفيزيائية‑العددية

لماذا يهم ضفة نهر للتاريخ

على طول نهر جينشا في جنوب غرب الصين يقع موقع التراث جياوبينغدو، حيث عبر جنود الجيش الأحمر خلال المسيرة الطويلة. يحتوي هذا المنحدر النهري على كهوف وطبقات ترابية تسجل التاريخ الثوري وآثارًا بشرية أقدم بكثير. ولكن خزان طاقة مائي جديد يغمر الموقع لعقود قادمة. تستكشف الدراسة سؤالًا بسيطًا ولكنه عاجل: كيف يضعف ارتفاع وهبوط مياه الخزان الضفة ببطء حتى تنهار الكهوف التاريخية والمنحدر المحيط بها؟

عندما تلتقي الخزانات بالمنحدرات الهشة

يركز المؤلفون على ما يحدث عندما يُغمر ضفة نهري شديد الانحدار يحتوي على كهوف أثرية ثم يجف مرارًا أثناء تشغيل الخزان. على خلاف المعابد الحجرية على اليابسة، تقع هذه المواقع الكهفية المبنية على التربة داخل طبقات رخوة من الحصى ومواد شبيهة بالطين. بمجرد أن يصل خزان وودونغده إلى مستواه الكامل، ستغوصُ كامل منحدر جياوبينغدو تحت الماء لفترات طويلة. أظهرت الأبحاث السابقة أن تغير مستويات الماء يمكن أن يجعل الضفاف تتآكل، لكن قلة من الأعمال بحثت فيما يعنيه ذلك بالنسبة إلى المواقع الثقافية التي لا يمكن استبدالها الموجودة داخل تلك الضفاف. هنا، سعت الفرقة إلى الكشف عن عملية الانهيار خطوة بخطوة حتى يتمكن المهندسون والحفاظيون من توقع الأضرار والتخطيط لحمايتها قبل أن يتهاوى المنحدر.

بناء ضفة نهرية في المختبر

لمشاهدة هذه العملية الخفية تتكشف، بنى الباحثون نموذجًا فيزيائيًا مصغّرًا للمنحدر الحقيقي داخل صندوق كبير شفاف. أعادوا إنتاج الشكل العام للضفة، وموقع الكهوف، وطبقات الحصى الضعيفة التي تعبر الموقع. تم ضبط خليط التربة بعناية مع إضافة الجبس بحيث تطابق وزنه وقوته وقدرته على نفاذية الماء تلك الخاصة بالترسبات الحقيقية. ثم ملأوا الصندوق بالماء بدورات محكومة لتقليد أكثر من عام من تشغيل الخزان بسرعة مسرّعة. سجّلت حساسات عالية الدقة داخل النموذج كيف تغيرت الضغوط في التربة وفي ماء المسام، بينما التقطت عمليات مسح ليزر ثلاثي الأبعاد وكاميرات تحت الماء تشوهات السطح والكهوف قبل وبعد الفيض.

مراقبة انهيار الكهوف من الداخل إلى الخارج

كشفت التجارب أن المنحدر لا ينهار دفعة واحدة. مع ارتفاع مستوى الماء، تزداد كل من الضغوط الناتجة عن التربة العلوية وضغط الماء في المسام. عندما ينخفض الماء لاحقًا، يقل التأثير الداعم للماء أسرع مما يمكن لضغط مياه المسام داخل المنحدر أن يتبدد. مع كل دورة، يضعف الاتصال الصلب بين الحبيبات: ينخفض ضغط الأرض ببطء بينما يتسلل ضغط مياه المسام لأعلى. هذا المزيج يقلل تدريجيًا قدرة التربة على مقاومة الانزلاق، خاصة قرب الجرف المغمور عند مقدمة المنحدر. في اختبارات الكهوف، قارن الفريق بين شكلين: واحد بسقف مقبّب ومنحني والآخر بسقف مسطح. تحت الانغمار طويل الأمد، عانى الكهف ذو السقف المسطح من انهيارات متكررة للسقف ملأت ممره، بينما فقد الكهف المقبّب مادة أساسًا عند المدخل وحافظ على معظم داخله سالماً. تُظهر النتائج أن اختلافات هندسية بسيطة يمكن أن تؤثر بقوة في مدى الضرر الذي يتعرّض له الكهف تحت الماء.

محاكاة الإجهادات الخفية في ثلاثة أبعاد

لأن النماذج المختبرية لا تستطيع التقاط كل تفصيل في السلوك طويل الأمد، بنى الباحثون أيضًا نموذجًا حاسوبيًا ثلاثي الأبعاد للمنحدر باستخدام برنامج متخصص. اعتبر هذا النموذج العددي المنحدر كجسم مستمر تتفاعل فيه المياه والتربة، مما أتاح للفريق حساب الإزاحات ومناطق الشد العالية والاستقرار العام تحت مستويات ماء مختلفة، وعواصف مطر، وزلازل. اتفقت المحاكيات مع الاختبارات الفيزيائية: تركزت أكبر الحركات وأعلى إجهادات القص في الجزء الأمامي الأسفل من الرواسب الكلوفية، في نفس المنطقة التي انهار فيها منحدر النموذج. عملت طبقة حصوية ضعيفة وسوء التماسك كطائرة انزلاق تحكم مكان تشكل سطح الفشل النهائي. يشير عامل الاستقرار المحسوب على المدى الطويل، حوالي 0.89، إلى أنه تحت التشبع المستمر، المنحدر قريب بالفعل من نقطة الانقلاب. عندما يقترن ارتفاع مستوى الخزان بأمطار غزيرة أو زلازل متوسطة، ترتفع بشكل كبير احتمالية حدوث انزلاق أرضي كبير يؤثر على كامل منطقة الكهوف.

ماذا يعني هذا لحفظ التراث تحت الماء

لغير المتخصص، الرسالة الأساسية واضحة: الخطر الذي يهدد التراث تحت الماء في جياوبينغدو ليس مفاجئًا بل تدريجي، مدفوعًا بالعمل الدقيق للماء وهو يتغلغل خلال الترب الهشة. تعمل ارتفاعات وانخفاضات مياه الخزان المتكررة تدريجيًا على تقويض الروابط الخفية التي تحافظ على تماسك المنحدر، خاصة حول الفتحات المصنوعة يدويًا مثل الكهوف. تتعامل الأسقف المقبّبة أفضل من المسطحة، لكن كلاهما معرضان للخطر بمجرد أن تبدأ الطبقات المحيطة بالانزلاق. من خلال الجمع بين النماذج الفيزيائية والرقمية، توضح هذه الدراسة كيفية تشخيص الأجزاء الأكثر عرضة للفشل في موقع مغمور وتحديد الظروف التي قد تحدث فيها. يمكن أن توجه تلك المعرفة أعمال التعزيز في الموقع، والمراقبة، وأنظمة الإنذار المبكر، مما يساعد على منع تلاشي القصص المكتوبة في هذه الضفاف حرفيًا بفعل الغمر.

الاستشهاد: Zhang, K., Wang, W., Fan, X. et al. Slope deformation and failure mechanisms at submerged geoarchaeological sites: physical–numerical modeling. npj Herit. Sci. 14, 270 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02549-w

الكلمات المفتاحية: التراث الثقافي تحت الماء, ثبات ضفاف الخزانات, انهيار المنحدر, الجيوأثرية, انهيار الكهف