المحاكاة الهيدروديناميكية وجودة المياه لبحيرة يانغزونغهاي في جنوب غربي الصين باستخدام نموذج CE-QUAL-W2 ثنائي البُعد

لماذا تهمنا قصة هذه البحيرة

العديد من بحيرات العالم تمتلئ بصمت بكمية زائدة من المغذيات القادمة من المزارع والمدن والصناعة. هذه العملية، المعروفة بتحويل المياه الصافية إلى مياه خضراء ومليئة بالأعشاب، تهدد إمدادات الشرب والمصايد والسياحة. في جنوب غربي الصين، تُعد بحيرة يانغزونغهاي واحدة من تلك «البحيرات السهلية المرتفعة» الضعيفة، تقع على ارتفاع عالٍ وتزوّد المجتمعات المجاورة بالماء وسبل العيش. تستخدم هذه الدراسة نموذجًا حاسوبيًا قويًا لفهم كيفية تحرك الماء داخل البحيرة، وكيف ينتشر التلوّث ويتراكم، وإلى أي مدى يجب تقليل التلوّث لاستعادة البحيرة إلى حالة صحية أفضل.

بحيرة طويلة وضيقة تحت الضغط

تمتد بحيرة يانغزونغهاي لأكثر من 12 كيلومترًا لكنها ضيقة بعرض بضعة كيلومترات فقط، ما يجعلها تتصرف كنظام نهر-بحيرة طويل وضيِّق. تقع على هضبة يونّان، حيث الهواء الرقيق والأشعة الشمسية القوية والمياه الباردة تخلق سلوكًا مختلفًا عن بحيرات الأقاليم المنخفضة. تستقبل البحيرة الجريان السطحي من الأراضي الزراعية المحيطة والمدن والصناعات الصغيرة، بالإضافة إلى عدة أنهار توصل النيتروجين والفوسفور والمادة العضوية. هذه المواد يمكن أن تغذي نمو الطحالب، وتعكر الماء، وتقلل الأكسجين، مما يضر بالأسماك والحياة المائية الأخرى. تصنف السلطات الصينية جودة المياه إلى عدة مستويات، وكافحت بحيرة يانغزونغهاي للالتزام بالمعيار الأكثر صرامة من الفئة الثانية الذي يهدف إلى حماية مياه الشرب والأنشطة الترفيهية.

استخدام توأم رقمي للبحيرة

لفك تشابك هذا النظام المعقد، أنشأ الباحثون «توأمًا رقميًا» لبحيرة يانغزونغهاي باستخدام أداة تسمى CE-QUAL-W2، وهو نموذج حاسوبي ثنائي البُعد مصمم للبحيرات والخزانات الطويلة والمتراصة حراريًا. قسموا البحيرة إلى آلاف الصناديق الصغيرة على طولها وعمقها وزوّدوا النموذج بسجلات مفصلة لتدفقات الأنهار، وهطول الأمطار، والتبخر، وسحب المياه، والطقس المحلي. أدخلوا أيضًا قياسات الملوثات الرئيسية من 2016 إلى 2018. ثم حسب النموذج يومًا بيوم كيف تغيّرت مستويات المياه، وكيف تشكّلت طبقات درجات الحرارة من دافئة على السطح إلى باردة في الأعماق، وكيف تحرّكت المغذيات والطحالب وتفاعلت داخل البحيرة.

ما كشفه النموذج عن سلوك البحيرة

طابقت البحيرة المحاكاة مستويات المياه المرصودة بشكل وثيق ونجحت إلى حد معقول في التقاط درجات حرارة السطح، بما في ذلك النمط الموسمي للتراكم الحراري القوي في الصيف والاختلاط الكامل في الشتاء. خلال الأشهر الدافئة، يتكوّن حد حراري حاد على عمق حوالي 12–20 مترًا تحت السطح، يعمل كغطاء يمنع مياه الأعماق من الاختلاط صعودًا. في ظل هذه الظروف الطبقية، تتراكم النيتروجين والفوسفور والمادة العضوية بالقرب من السطح، خصوصًا قرب مصبات الأنهار الرئيسية على الشواطئ الشمالية والجنوبية. تزدهر الطحالب كما يظهر من ارتفاع مستويات الكلوروفيل-أ، فيما تنخفض وضوح الماء. بالمقابل، تظل المياه العميقة أبرد وأكثر استقرارًا، مع تعرض محدود مباشر للتلوّث الجديد القادم من حوض التصريف.

تتبع مصادر التلوّث

بتتبع التدفقات من كل نهر ومنطقة ساحلية، أظهر النموذج أن أكثر من 70 في المئة من ملوثات المغذيات والمادة العضوية الداخلة لبحيرة يانغزونغهاي تأتي من مصادر خارجية، وتسيطر عليها أنهاران يصرفان أراضٍ زراعية ومطوّرة بشكل كثيف. خلال فترة الدراسة، غالبًا ما تجاوزت مؤشرات إجمالي النيتروجين وإجمالي الفوسفور والتلوّث العضوي الحدود المسموح بها حتى للمعيار الأكثر مرونة من الفئة الثالثة، لا سيما أثناء الطبقات الصيفية القوية. على الرغم من أن النموذج لم يحاكي صراحة إطلاق المغذيات من الرواسب القاعية، فإن نمط الأحمال الخارجية العالية وتراكمها في الطبقات السطحية يشير إلى أن الأنهار الداخلة هي الجناة الرئيسيون، مع لعب إعادة التدوير الداخلي دورًا ثانويًا لكنه لا يزال مهمًا.

ما مقدار التنظيف الكافي؟

ثم استخدم الفريق النموذج كمنصة اختبار لخيارات الإدارة. أجروا سلسلة من سيناريوهات «ماذا لو» خفضت تدريجيًا الأحمال الخارجية من النيتروجين والفوسفور والمادة العضوية بخطوات قدرها 10 في المئة، مستفسرين عن كيفية استجابة تراكيز البحيرة. تظهر النتائج أنه للوصول إلى متوسط معايير الفئة الثانية، تحتاج يانغزونغهاي إلى تخفيض سنوي تقريبًا بنحو 43 في المئة في إجمالي النيتروجين، و26 في المئة في إجمالي الفوسفور، و10 في المئة في التلوّث العضوي. ولتحقيق أهداف صارمة عند النسب المئوية العليا، يجب أن تكون التخفيضات أعمق — تصل إلى نصف النيتروجين وحوالي ثلث الفوسفور. العلاقة ليست خطية: بعد نقطة معينة، تنتج التخفيضات الإضافية تحسينات مرئية أصغر لأن التلوّث المخزن والدوران الداخلي يستمران في تغذية النظام.

ماذا يعني هذا للناس والسياسة

لصانعي القرار، تترجم الدراسة فيزياء وكيمياء البحيرة المعقّدة إلى أهداف رقمية واضحة. تظهر أن تقليص استخدام الأسمدة أو تحديث بعض مخارج مياه الصرف وحده لن يكون كافيًا؛ مطلوب تقليصات كبيرة ومستدامة من كامل حوض التصريف، إلى جانب جهود مستقبلية لفهم أفضل وكبح إطلاق المغذيات من رواسب البحيرة. في الوقت نفسه، يبرز العمل قيمة وحدود النمذجة: يمكن أن يوجّه CE-QUAL-W2 السياسات بثقة للبحيرات السهلية الطويلة والضيقة، لكن بيانات أفضل عن الطقس والتدفقات وعملية قعر البحيرة ستُحسّن دقّة توقعاته. بالنسبة للمجتمعات التي تعتمد على يانغزونغهاي وبحيرات مماثلة، تقدّم هذه الرؤى خارطة طريق واقعية لاستعادة مياه أوضح ونظم إيكولوجية أكثر صحة وإمدادات أكثر أمانًا في مواجهة الضغوط المتزايدة.

الاستشهاد: Tang, C., Wang, J., Zhao, L. et al. Hydrodynamic and water quality simulation of Yangzonghai Lake, Southwest China, using the two-dimensional CE-QUAL-W2 model. Sci Rep 16, 12521 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42817-0

الكلمات المفتاحية: تحوّل البحيرات إلى مفرطة المغذّيات, تلوّث المغذيات, نمذجة جودة المياه, بحيرات السهول المرتفعة, إدارة حوض التصريف