التنبؤ بتغير استعمال وغلاف الأرض من أجل استدامة المياه الجوفية في حوض موفاتوبوزا باستخدام نموذج CA-Markov (2033–2050)

لماذا يهم تغيّر الاستخدام الأرضي بالنسبة للمياه الخفية

في العديد من المناطق الاستوائية، يعتمد ملايين الأشخاص على المياه الجوفية كمصدر لمياه الشرب. ومع ذلك، فإن الطريقة التي نبني بها المدن ونقطع الغابات ونزرع الأرض تعيد تشكيل هذا المورد الخفي بصمت. تدرس هذه الدراسة حوض نهر موفاتوبوزا في جنوب الهند بولاية كيرالا لتطرح سؤالاً ملحاً: مع تمدّن المشهد، ماذا يحدث لجودة وموثوقية المياه الجوفية التي يعتمد عليها السكان؟

حوض نهري يخضع لتحولات بشرية سريعة

يمتد حوض موفاتوبوزا من تلال غابات كثيفة في جبال الغات الغربية إلى حقول الأرز المنخفضة والمسطحات المائية القريبة من بحر العرب. باستخدام صور الأقمار الصناعية من 2003 و2013 و2023، تتبع الباحثون كيف تغير استخدام الأرض وغطاءها على مدى عقدين. كانت الغابات والأراضي الزراعية تهيمن على الحوض سابقاً، لكن المناطق المبنية — المدن والقرى والطرق والأسطح المعبدة — توسعت بشكل كبير. نمت الأراضي المبنية من نحو 12% من مساحة الحوض في 2003 إلى أكثر من 44% في 2023، وذلك في الغالب على حساب الأراضي الزراعية وأجزاء من المساحات المغطاة بالنباتات. في المقابل تقلصت مساحة الأراضي الخالية أو القاحلة الحقيقية، وأظهرت المسطحات المائية والأراضي الرطبة تغيرات طفيفة إجمالاً على الرغم من التعديات المحلية واستصلاح بعض الأراضي.

نظرة تحت الأرض: كيف تتغير كيمياء المياه

لمعرفة كيف تؤثر هذه التغيرات السطحية على ما يحدث تحت الأرض، حلل الفريق بيانات المياه الجوفية من آبار عبر الحوض لسنوات مرجعية ثلاث: 2003 و2013 و2023. قاسوا خصائص أساسية مثل الموصلية الكهربائية (علامة على ملوحة المياه أو غناها بالمعادن)، والمواد الصلبة الذائبة، والمعادن الذائبة الرئيسية مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والصوديوم، والنترات التي غالباً ما تأتي من الأسمدة ومياه الصرف. مع مرور الوقت، أظهرت العديد من الآبار زيادة ثابتة في المواد الذائبة والصلابة، ما يشير إلى تزايد مَيَنة المياه الجوفية. كما ارتفعت مستويات النترات في عدة مواقع، خاصة بالقرب من المناطق الحضرية والمزارع المكثفة، مما يدل على تأثير متنامٍ للنفايات البشرية والمبيدات والأسمدة الزراعية. وبينما بقيت العديد من الآبار ضمن إرشادات مياه الشرب، برز نمط تراجع تدريجي في الجودة العامة.

من الخرائط والإحصاءات إلى سيناريوهات مستقبلية

فهم الاتجاهات لا يكفي؛ يحتاج المخططون لمعرفة ما قد يحدث لاحقاً. استخدم الباحثون تقنية تسمى نمذجة CA-Markov لتوقع كيف قد يتطور استخدام الأرض من 2023 إلى 2050، استناداً إلى التغيرات المرصودة والقيود الفيزيائية مثل الانحدار والارتفاع والتربة والمسافة إلى الطرق والأنهار. تقترح محاكاة الفريق أن المناطق المبنية ستستمر في الانتشار خلال 2033 و2043 قبل أن يخف معدل النمو باتجاه 2050، بينما تواجه الأراضي الزراعية ومساحات المياه السطحية ضغوطاً مستمرة. بالتوازي، طبق الفريق إحصاءات متعددة المتغيرات على بيانات المياه الجوفية ليفصل بين قوتين رئيسيتين تشكلان جودة المياه: العمليات الطبيعية التي تذيب المعادن من الصخور، والنشاطات البشرية التي تضيف ملوثات على السطح. أظهرت هذه التحليلات أن المياه المالحة والغنية بالمعادن وتلوث النترات غالباً ما تتبعان أنماطاً مختلفة، مما يوحي بأسباب أساسية مميزة.

التعلم الآلي لفك المخاطر غير المرئية

تقدمت الدراسة خطوة إضافية باستخدام خوارزميات التعلم الآلي لمعرفة ما إذا كان بالإمكان التنبؤ بالنترات — الملوث ذي الأهمية الصحية — من خصائص مائية أخرى أسهل قياساً. تم تدريب نماذج مثل الغابة العشوائية (Random Forest) والانحدار بدعم الناقل (Support Vector Regression) وXGBoost على بيانات الآبار، واستخدمت أداة "الذكاء الاصطناعي القابل للتفسير" المسماة SHAP لكشف العوامل الأهم. أشارت النماذج إلى أن المغنيسيوم والكالسيوم والقلوية كانت مؤثرات رئيسية على مستويات النترات، مما يعكس على الأرجح كيفية تشجيع أو كبح التفاعلات المتعادلة وظروف الأكسجين في المكمن لزيادة أو تقليل تراكم النترات. وفي الوقت نفسه، أكدت محدودية قدرة التنبؤ بالنترات اعتماداً على الكيمياء المائية العامة وحدها أن استخدامات الأرض المحلية والصرف الصحي والممارسات الزراعية تظل عوامل حاسمة يجب مراقبتها مباشرة.

ما يعنيه هذا للناس والتخطيط

بالنسبة للسكان وصانعي القرار، الرسالة واضحة: إن الطريقة التي تُستخدم بها الأراضي في حوض موفاتوبوزا تشكل بقوة جودة المياه الجوفية أدناه. إن النمو الحضري السريع، إلى جانب تغيّر الممارسات الزراعية، قد زاد بالفعل من محتوى المعادن والنترات في العديد من الآبار، وتشير التوقعات المتعلقة باستخدام الأراضي إلى استمرار الضغوط إذا استمرت الأنماط الحالية. من خلال دمج خرائط الأراضي المستندة إلى الأقمار الصناعية والقياسات الميدانية وأدوات التعلم الآلي الشفافة، تقدم الدراسة إطاراً عملياً لرصد "نقاط ساخنة" ناشئة للمياه الجوفية، وتوجيه أماكن حماية مناطق تغذية الخزان، وتحسين إدارة الصرف والأسمدة، وتوجيه التنمية المستقبلية. بعبارة بسيطة، يمكن للتخطيط الذكي للأرض اليوم أن يساعد في الحفاظ على آبار أنظف وأكثر أماناً وموثوقية غداً.

الاستشهاد: K, A., Gautam, S., Prince Arulraj, G. et al. Forecasting land-use and land-cover change for groundwater sustainability in the Muvattupuzha basin using CA-Markov (2033–2050). Sci Rep 16, 7462 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38961-2

الكلمات المفتاحية: المياه الجوفية, التوسع الحضري, تغير استخدام الأراضي, تلوث النترات, كيرالا