الضوابط البنائية والليثولوجية لصلاحية مواقع المدافن في مدينة العاشر من رمضان، مصر باستخدام الاستشعار عن بعد وتعلم الآلة

البحث عن أماكن آمنة لنفايات المدينة

مع نمو المدن في المناطق الجافة، يصبح أحد أصعب أسئلة التخطيط بسيطًا بمظهره: أين يمكننا وضع النفايات بأمان؟ في مدينة العاشر من رمضان السريعة التمدد بمصر، قد يؤدي إنشاء مدفن في موقع خاطئ إلى تسرب سوائل ملوثة إلى باطن الأرض وصولًا إلى المياه الجوفية الثمينة. تُظهر هذه الدراسة كيف أن صور الأقمار الصناعية وتقنيات الحوسبة الحديثة يمكن أن تساعد المخططين في اختيار مواقع مدافن تحمي كلًا من السكان ومصادر المياه في بيئة صحراوية قاسية.

مدينة صحراوية نامية وتحتها أرض مخفية

تقع مدينة العاشر من رمضان على حافة دلتا النيل، محاطة بصحراء صخرية مشقوقة بوِدْيان جافة. تحت السطح المكشوف يكمن رقع من طبقات صخرية وصدوع تؤثر بقوة في كيفية تحرك المياه والملوثات تحت الأرض. بعض الطبقات، مثل الطين والمرل، تعمل كحواجز طبيعية تبطئ التسرب. أما الطبقات الأخرى، مثل الرمال والحصى السائبة، فتمثل طريقًا سهلاً لتدفق المياه والملوثات. في الوقت نفسه، يمكن أن تتصرف الشقوق والصدوع كطرق تحت أرضية توجه السوائل لمسافات طويلة. إن فهم هذا التركيب الخفي أساسي قبل اختيار مواقع لدفن النفايات المنزلية والصناعية.

رصد الأرض من الفضاء

لا يكفي العمل الميداني وحده لرسم خرائط لكل نوع صخري وكل صدع عبر عشرات الكيلومترات المربعة، خاصة في تضاريس صحراوية نائية. لذا لجأ الباحثون إلى بيانات فضائية ونماذج ارتفاع رقمية. استخدموا صورًا من القمر الصناعي لاندسات 5 لتمييز المواد السطحية المختلفة اعتمادًا على كيفية عكسها لضوء الشمس في ألوان متعددة، بما في ذلك النطاق المرئي وتحت الأحمر. كما استخدموا نموذج ارتفاع مفصّل مشتقًا من بيانات ASTER لكشف تغيُّرات دقيقة في الارتفاع والانحدار التي غالبًا ما تُظهر مواقع الصدوع والتبدلات بين الوحدات الصخرية. من خلال دمج هذه المجموعات البيانية، تمكنوا من إنتاج صورة جيولوجية أكثر وضوحًا مما توفره الخرائط الإقليمية القديمة.

تعليم الحواسيب لقراءة المشهد الأرضي

لتحويل إشارات الأقمار الصناعية إلى خريطة صخرية موثوقة، استعان الفريق بنوعين من تعلم الآلة. استخدموا طريقة غير مراقبة تُسمى ك-مينز (K-means) لتجميع البكسلات ذات أنماط الألوان المتشابهة تلقائيًا إلى أنواع تضاريسية عامة، ما أعطى مسودة أولية للوحدات الرئيسية في المنطقة. ثم دربوا طريقة مراقبة تُسمى آلة المتجهات الداعمة (SVM) على أمثلة معروفة لكل تكوين صخري ولكغطاء أرضي، بما في ذلك المناطق الحضرية والطرقات. بعد تصحيح دقيق لتأثيرات الغلاف الجوي، أنتجت SVM خريطة ليثولوجية اتفقت جيدًا مع المعلومات الميدانية المتاحة، حيث صَنَّفت أكثر من أربعة من كل خمسة بكسلات اختبار بشكل صحيح. وقد التقط هذا العرض الأكثر تفصيلاً أيضًا نمو المدينة الحديث الذي أغفلته الخرائط القديمة، وهو أمر حاسم لتجنب تعارضات بين المدافن الجديدة والأحياء المتوسعة.

تتبُّع الشقوق والمناطق الضعيفة

ركز العلماء بعد ذلك على «هيكلية» المنطقة — الشقوق والصدوع التي قد تضعف الأرض أو توجه السوائل الملوثة. حسّنوا صور الأقمار الصناعية باستخدام أسلوب رياضي يُدعى تحليل المركبات الرئيسية وفلاتر اتجاهية تُبرز الميزات المتمددة في اتجاهات معينة. استُخدمت أدوات آلية لاستخراج الميزات الخطية، ثم فُحصت يدويًا مقابل التضاريس المظللة والخرائط الموجودة. كانت النتيجة زيادة بنسبة 25% في الطول الإجمالي للمفاوفات (الشقوق) المفتوحة على الخريطة مقارنةً بالبيانات القديمة، وتأكيد واضح أن اتجاهين رئيسيين للصدوع يهيمنان على المنطقة. أظهرت خرائط كثافة الشقوق أماكن تشقق الأرض بكثافة وبالتالي أكثر عرضة للتسرب أو عدم الاستقرار.

تقييم أفضل وأسوأ المواقع

مسلحين بخريطة صخرية مفصّلة وخريطة كثافة الشقوق، بنى الفريق نموذج قرار لمنح درجات لكل جزء من مساحة الدراسة من حيث صلاحية المدفن. منحوا الوزن الأكبر لنوع الصخر: فضلوا المناطق الواقعة على صخور ضيقة المسام مثل الطين والمرل لأنها تبطئ التسرب الطبيعي لأسفل، بينما أعاقوا المناطق ذات الرمال والحصى وترسيبات الوديان لارتفاع نفاذيتها. كما كان البعد عن الصدوع الكبرى عاملًا مهمًا: اعتُبرت المناطق البعيدة عن الخطوط المرسومة أكثر أمانًا من تلك القريبة منها، والتي قد تعمل كقنوات خفية. استُبعدت المناطق الحضرية والبنى التحتية بشكل صارم، وأُدخل توسع المدينة الحديث باستخدام حدود محدثة، لضمان عدم اقتراب الأحياء المستقبلية من المدفن.

كم من الأرض آمنة فعلاً؟

عندما جمعت كل هذه العوامل في نموذج متعدد المعايير، تبين أن نحو 16% فقط من مساحة الدراسة ظهرت مناسبة بدرجة عالية لإنشاء مدفن. تتشارك هذه المناطق المفضلة عددًا من الصفات المواتية: تقع فوق صخور منخفضة النفاذية، هادئة بنيويًا مع شقوق قليلة، بعيدة عن المدينة والطرق الرئيسية، وفوق مياه جوفية موجودة على أعماق تقارب 80 مترًا. اختبر الباحثون أيضًا حساسية نتائجهم لتغيرات صغيرة في الأوزان المُسندة لكل عامل. وحتى عند تعديل الأوزان قليلاً، بقيت المناطق الأكثر ملاءمة في نفس المواقع العامة، ما يشير إلى أن المنهج متين بما يكفي للتخطيط العملي.

ما مغزى ذلك لمدن الصحراء

لغير المتخصصين، الخلاصة هي أن اختيار موقع مدفن آمن يتجاوز بكثير مجرد اختيار رقعة صحراوية فارغة على خريطة. تُظهر هذه الدراسة أنه من خلال دمج صور الأقمار الصناعية وبيانات الارتفاع الأساسية ونماذج الحوسبة الذكية، يمكن للمخططين تضييق مناطق واسعة بسرعة إلى مجموعة صغيرة من المرشحين الآمنين جيولوجيًا. في العاشر من رمضان، يشير هذا النهج إلى عدد محدود من المواقع حيث تعمل الطبيعة — من صخور ضيقة، وشقوق قليلة، ومياه جوفية عميقة — مع التخطيط الحذر لتقليل خطر أن تتسبب النفايات المدفونة يومًا ما في تسميم موارد المياه النادرة. ويمكن تكييف نفس الإطار لمدن أخرى على هامش الصحراء تواجه ضغوط التوسع السريع ومتطلبات حماية البيئة.

الاستشهاد: Essam, S., Mabrouk, W.M., Soliman, K.S. et al. Structural and lithological controls on landfill site suitability in Tenth of Ramadan City, Egypt using remote sensing and machine learning. Sci Rep 16, 9831 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41772-0

الكلمات المفتاحية: اختيار مواقع المدافن, الاستشعار عن بعد, تعلم الآلة, حماية المياه الجوفية, التخطيط الحضري