التطلّع إلى مستقبل الموارد المائية وتأثير تغير المناخ

من مجلة الوكالة الدولية للطاقة الذرية

كيف سيؤثر تغير المناخ في إمدادات المياه بعد مائة عام من الآن؟

يمكن أن يساعد نموذج الوكالة لتوازن المياه المدعوم بالنظائر الخبراءَ بدقة وموثوقية في التنبؤ بتأثير تغير المناخ في موارد المياه في المستقبل البعيد.(الصورة من: ل. تورو/الوكالة الدولية للطاقة الذرية)

كيف سيؤثر تغير المناخ في إمدادات المياه بعد مائة عام من الآن؟ وللإجابة عن أسئلة من هذا القبيل، يستخدم علماء المياه نماذج علمية. ومن بين هذه النماذج نموذج الوكالة لتوازن المياه المدعوم بالنظائر، والذي يمكن أن يساعد الخبراء بدقة وموثوقية على التنبؤ بتأثير تغير المناخ على موارد المياه في المستقبل البعيد. ويمكن أن تدعم المعلومات التي يجمعها هؤلاء الخبراء متخذي القرارات في وضع سياسات للاستخدام المستدام للمياه للأجيال القادمة.

وتعتمد النماذج على البيانات الموجودة وتُسْتَخْدَم لدراسة وفهم الأفكار والأجسام والعمليات التي يصعب مراقبتها مباشرة. ويتضمن ذلك وضع توقعات، مثل التنبؤ بالأحوال الجوية في الأسبوع المقبل أو تقدير معدلات البطالة على مدى السنوات الخمس القادمة. وفي حين تقدم النماذج صيغة أكثر عمومية وتبسيطاً للعالم الواقعي، فإن كل جانب من جوانب النموذج تتمّ معايرته لتوفير انعكاس دقيق لكيفية عمل العالم الحقيقي.

وتصف نماذج توازن المياه دورة المياه من حيث هطول الأمطار، والتبخر النتحي، وتدفق المجاري المائية، والتغيرات في تخزين المياه. وبخلاف العديد من النماذج التقليدية لتوازن المياه، يستخدم نموذج الوكالة النظائر لمعايرة النموذج والتحقق من دقته لأن النظائر متميزة ومتسقة في سلوكها. ويمكن للعلماء، من خلال نموذج توازن مياه جرت معايرته بشكل جيد والتحقق منه، الحصول على تقدير دقيق لما يمكن توقعه في المستقبل، مثل تأثير تغير المناخ في الموارد المائية بعد مائة عام أو أكثر من الآن.

توقعات دقيقة على المدى الطويل

قال ديسي نيداو هابتماريام، الأستاذ المشارك في جامعة أديس أبابا بإثيوبيا، إن الدقة مهمة، بالنسبة إلى أي بلد ومناخ، في هذه الدراسات الطويلة الأجل المتعلقة بالمياه لما يمكن أن يكون للمبالغة أو التهوين في تقدير إمدادات المياه في المستقبل من آثار ضارة. 

وقال هابتماريام: "إذا أخطأنا في تقدير مدى سرعة تجدد المياه، على سبيل المثال، وكانت تقديراتنا مرتفعة للغاية، ثم نقلنا هذه النتائج إلى متخذي القرارات، فقد ينفذوا سياسات تؤدي إلى استخراج المياه الجوفية بشكل أسرع من إمكانية تجددها". وتعتبر المياه الجوفية – المياه في طبقة الصخور النفاذية تحت سطح الأرض – مصدراً رئيسياً للمياه العذبة بالنسبة لغالبية سكان إثيوبيا. وأضاف هابتماريام: "هذا من شأنه أن يؤدي إلى انخفاض حاد في إمدادات المياه الجوفية المتاحة، مما قد يعني التخلي عن حُفر السبر وربما يؤدي إلى نقص في مياه الشرب."

ومن ناحية أخرى، يمكن أن يؤدي التهوين في التقدير إلى سياسات صارمة غير ضرورية بخصوص المياه أو إلى التأثير في القرارات المتعلقة بالتنمية، مثل إعاقة التوسع الحضري بسبب نقص الموارد المائية.

وقالت تريشيا ستادنيك، الأستاذة المشاركة في هندسة الموارد المائية بجامعة مانيتوبا في كندا، إنه بالنسبة لهذه الدراسات الطويلة الأجل التي تزيد عن ١٠٠ عام أو أكثر، شكّل الحصول على نتائج دقيقة باستخدام نماذج أخرى لتوازن المياه تحدياً كبيراً. وأضافت قائلة: "تؤدي العديد من نماذج توازن المياه عملاً جيداً للغاية في محاكاة تدفق المياه في الجداول والأنهار وغيرها من المسطحات المائية، ولكنها سيئة للغاية في تحديد كمية التبخر النتحي بشكل صحيح"، في إشارة إلى عملية تبخر المياه من اليابسة وحركة المياه من النباتات إلى الغلاف الجوي. واستطردت قائلة: "بالنسبة لتوقعات تغير المناخ، فهذه مشكلة كبيرة لأن التبخر النتحي هو أحد الأشياء الكبيرة التي ننظر فيها."

وعندما تصبح درجات الحرارة أكثر تطرفاً بسبب تغير المناخ، فإن معدل التبخر النتحي يصبح كذلك أيضاً. وكلما زاد التبخر النتحي، قلّ الماء على سطح الأرض، والعكس صحيح. وهذا، بدوره، يؤثر في دورة المياه السنوية بأكملها ويمكن أن يؤدي إلى حالات بالغة الشدّة لا يمكن التنبؤ بها تتأرجح بين قلة المياه بشدة، مما يسبب الجفاف، وكثرة المياه بشدة، مما يسبب الفيضانات.

ولا يوجد مناخ محصن ضد هذه التغييرات.  ويمكن لهذه التغييرات أن تؤثر في مناخ مثل مناخ كندا، حيث تشكل أكثر من ٦٠٪ من مساحة اليابسة شكلاً من أشكال الجليد السرمدي - أرض متجمدة - وهناك أربعة فصول مميزة، أو مناخ مثل مناخ إثيوبيا، حيث يكون جزء كبير من البلاد مدارياً وتبقى درجة الحرارة ثابتة تقريباً على مدار العام.

 ويمكن تسجيل هذه الظروف المتنوعة عن طريق تعديل النموذج، مما يجعله قابلاً للتطبيق عالمياً. ويعمل علماء من العديد من الدول مع الوكالة لتلقي التدريب والدعم في استخدام نموذج الوكالة لتوازن المياه المدعوم بالنظائر وغيره من النماذج لتحسين إدارة الموارد المائية. وفي إثيوبيا، على سبيل المثال، يجري إطلاق مشروع تعاون تقني مدته ثلاث سنوات لدراسة حوض أواش العلوي - وهو خزان كبير للمياه الجوفية يوفر المياه العذبة لأكثر من ٢.٦ مليون شخص. وتنشئ بلدان أخرى، مثل كندا، أو أنشأت بالفعل شبكات لأخذ عينات النظائر لتحسين الدقة عند استخدام نماذج مثل نموذج الوكالة.

Precise long-term predictions

For any country and climate, precision in these long-term water studies is important because an over or underestimation of future water supplies can have detrimental effects, said Dessie Nedaw Habtemariam, Associate Professor at Addis Ababa University in Ethiopia. 

“If we misestimate how fast water is replenished, for example, and our estimate is too high, and then communicate these results to the decision makers, they could implement policies that result in groundwater being extracted faster than it can be recharged,” Habtemariam said. Groundwater — water in the layer of permeable rock under the earth’s surface — is a primary source of fresh water for the majority of Ethiopia’s population. “This would lead to a sharp decline in available groundwater supplies, which could mean an abandonment of boreholes and may even lead to drinking water shortages.”

Underestimation, on the other hand, could lead to unnecessarily stringent water policies or influence development decisions, such as hampering urban expansion due to a lack of water resources.

For these long-term studies of over 100 years or more, getting accurate results using other water balance models has been a major challenge, said Tricia Stadnyk, Associate Professor of water resources engineering at the University of Manitoba in Canada. “Many water balance models do a very good job at simulating the flow of water in streams, rivers and other water bodies, but are very bad at getting the amount of evapotranspiration right,” she said, referring to the process of evaporation of water from land and the movement of water from plants to the atmosphere. “For climate change predictions, this is a huge problem because one of the big things we look at is evapotranspiration.”

As temperatures become more extreme due to climate change, the rate of evapotranspiration does too. The more evapotranspiration, the less water on the earth’s surface, and vice versa. This, in turn, influences the entire annual water cycle and can lead to unpredictable extremes that swing from too little water, causing drought, to too much water, causing floods.

No climate is immune to these changes.  They can affect a climate like Canada’s, where more than 60% of the land mass is some form of permafrost — frozen ground — and there are four distinct seasons, or one like Ethiopia’s, where much of the country is tropical and the temperature remains more or less constant throughout the year.

These diverse conditions can be captured by adjusting the model, which makes it globally applicable. Scientists from several countries are working with the IAEA to receive training and support in using the IAEA’s isotope-enabled water balance model and other models for improving water resource management. In Ethiopia, for example, a three-year technical cooperation project is being launched to study the upper Awash Basin — a large groundwater reservoir supplying fresh water to more than 2.6 million people. Other countries, like Canada, are setting up or have set up isotope sampling networks to improve accuracy when using models such as the IAEA’s.

This article was featured in the April 2019 Bulletin edition on Water.