معالجة الجفاف في زمبابوي تطبيق العلوم النووية لفهم ديناميات المياه الجوفية والأنهار

يطلقون على شلالات فيكتوريا في اللغة اللوزية المحلية "Mosi-oa-Tunya"، أي "الدخان الراعِد"، ولكن بحلول نهاية عام 2019، تحول رعد شلالات فيكتوريا إلى قطرات شحيحة متساقطة. وأصبح الشلال الأكبر في أفريقيا ضحية للجفاف في المنطقة، كما تعاني زمبابوي التي تتاخم ضفافه.

31 August 2022

بوجا دايا, مكتب الإعلام العام والاتصالات

ولقد أدت موجات الجفاف الأكثر تواتراً وشدة وغير المتوقعة إلى حرمان سكان البلاد والمزارعين من الحصول على قدر كافٍ من المياه النظيفة والعذبة، مما أثر على الأمن الغذائي ويهدد سبل عيش 45 في المائة من سكان الريف. وامتد التأثير إلى المناطق الحضرية كذلك. وتعتمد زمبابوي بشكل كبير على القوة الكهرومائية كمصدر للكهرباء، وقد أصيبت شبكات الطاقة في زمبابوي بالشلل بسبب فترات الجفاف الطويلة، مما ترك البلدات والمدن تتعرض لحالات متكررة من نقص التيار الكهربائي وانقطاعه.

ويتضمن إيجاد حلول لمشاكل المياه المزمنة في زمبابوي النظر في التقنيات النووية لوضع المبادئ التوجيهية لاستخراج المياه الجوفية - وهي مهمة تتطلب فهماً جيداً للتفاعل بين المياه السطحية والجوفية وموارد المياه في البلاد.

وتسعى الوكالة إلى الكشف عن الكيفية التي تتفاعل بها نظم المياه الجوفية والأنهار داخل البلد باستخدام الهيدرولوجيا النظيرية، وذلك من خلال برنامج الوكالة للتعاون التقني، وبالتعاون مع جامعة زمبابوي، والسلطة الوطنية للمياه في زمبابوي، ووكالة الإدارة البيئية ومركز هيلمهولتس للبحوث البيئية. وستساعد النتائج التي ينتهي إليها هذا العمل البلادَ على إدارة موارد المياه العذبة بشكل أفضل، والتعامل مع تلوث المياه، وضمان إمدادات المياه المأمونة للسكان.

وقال ألكسندر مهيزا، الرئيس السابق لقسم البناء والهندسة المدنية في جامعة زمبابوي،: "تسقط معظم الأمطار في زمبابوي بين تشرين الثاني/نوفمبر وآذار/مارس؛ والفترة المتبقية من العام ليست إلا موسماً طويلاً جداً من الجفاف. وأضاف: "في الآونة الأخيرة، في كل خمسة أعوام لا تهطل الأمطار بشكل جيد إلا في عامين فقط من هذه الفترة". واستطرد: "ولذلك، يتعين علينا الاعتماد بشكل متزايد على المياه الجوفية، ولكن هناك معرفة محدودة بالمناطق التي تتجدد فيها مستودعات المياه الجوفية ومعدلاتها. وتدريب علمائنا وتعزيز مختبراتنا أمران أساسيان لتحسين إدارة إمدادات المياه لدينا".

وقالت آنا غريغوريان، المسؤولة عن إدارة برامج الوكالة في زمبابوي، إن المشاريع الإقليمية والوطنية للوكالة تركز على التدريب ودعم إقامة الشراكات داخل البلاد. وأضافت: "من خلال تنسيق التصدي للجفاف بين أصحاب المصلحة في مجال المياه، يمكن لمتخذي القرارات في زمبابوي اتخاذ خيارات واعية وتعزيز الإدارة المستدامة لإمدادات المياه في البلاد".

الحاجة إلى مياه جيدة

نقص المياه بسبب الجفاف ليس هو المشكلة الوحيدة؛ بل نقص المياه النظيفة هو القضية المتنامية.

ومياه النهر عرضة للتلوث ولأنواع كثيرة من الملوِّثات. وقال إيوانيس ماتياتوس، أخصائي هيدرولوجيا النظائر في الوكالة: "إذا تلوَّث النهر، فسوف يتدفق التلوث تلقائياً إلى المياه الجوفية. وبما أن هذين الكيانين المائيين ليسا منفصلين عن بعضهما بعضاً، فمن المهم للغاية فهم كيفية تفاعلهما، ليس فقط من حيث كميات المياه ولكن أيضاً من حيث جودتها".

وقال: "باستخدام النظائر المستقرة للأكسجين والهيدروجين والنظائر المشعة الطبيعية المنشأ مثل التريتيوم والرادون-222 لاقتفاء أثر حركة المياه، يمكننا فهم الديناميات المعقدة لنظم المياه الجوفية والأنهار بشكل أفضل". ويسمح هذا للعلماء بفهم الكيان المائي الملوَّث منهما وكيفية تجديد مصدره.

ومياه الأنهار والمياه الجوفية لهما نفس القدر من الأهمية في توفير المياه النظيفة للشرب، وكذلك في الاستخدام الحضري والزراعي، ضمن حوض تجميع الأمطار في نهر "السيف" الذي يركز مشروع الوكالة عليه. ويستقبل حوض تجميع الأمطار الواقع في الجزء الشرقي من زمبابوي، كميات محدودة من الأمطار خلال موسم الجفاف، مما يجعله عرضة للجفاف. ومع تزايد عدد السكان وفي ظل اقتصاد يعتمد على الزراعة، يتزايد الطلب على المياه في منطقة حوض تجميع الأمطار.

تدريب العلماء على تقنيات النظائر

لفهم العلاقة بين مياه الأنهار والمياه الجوفية بشكل أفضل، تلقَّى النظراء من جامعة زمبابوي في 2018 تدريباً في جامعة أديس أبابا في إثيوبيا، وتدريباً آخر في نهاية ذلك العام، في مختبرات الوكالة في فيينا، وتعلَّم ألكسندر مهيزا خلالهما كيفية تقييم البيانات الجيولوجية والهيدروكيميائية، وكذلك تصميم حملة لأخذ العينات الميدانية من المواقع الخاضعة للدراسة.

وفي حزيران/يونيه 2021، أجرى خبراء من مركز هيلمهولتس للبحوث البيئية في لايبتسيغ بألمانيا دورة تدريبية افتراضية لمدة خمسة أيام لصالح خبراء من زمبابوي. وتلقى المشاركون خلال هذه الدورة شرحاً للمبادئ الأساسية للهيدرولوجيا النظيرية، مع التركيز بشكل خاص على استخدام مقتفيات النظائر المستقرة والمشعة كأدوات لدراسة التفاعلات الموجودة بين المياه السطحية والمياه الجوفية، وتقنيات تأريخ المياه الجوفية وتعرض مستودعات المياه الجوفية للتلوث.

وقال مايكل شوبرت، أحد المدربين في هذه الدورة وعالم المعادن في مركز هيلمهولتس في لايبتسيغ : "ستساعد النتائج النظيرية التي يتوصل إليها الباحثون المحليون في تحديد التحديات التي يحتاج نظام إدارة المياه الجوفية الوطني في زمبابوي إلى معالجتها، وبالتالي تمكين إدارة أكثر استدامة لإمدادات المياه في البلاد".

The need for quality water

A water shortage from droughts is not the only problem; a lack of clean water is a growing issue.

River water is susceptible to contamination and is open to many types of pollutants. “If the river is contaminated, the contamination will automatically flow through to the groundwater. As these two water bodies are not isolated from each other, it is extremely important to understand how they interact with each other, not only in terms of water amounts but also in terms of water quality,” said Ioannis Matiatos, isotope hydrologist at the IAEA.

“By using stable isotopes of oxygen and hydrogen and naturally occurring radioactive isotopes such as tritium and radon-222 to trace water, we can better understand the complex dynamics of river and groundwater systems,” he said. This allows scientists to understand which water body is contaminated and how to replenish it.

Both river and groundwater are important in providing clean water for drinking, urban, and agricultural use within the Save Catchment — the focus area of the IAEA project. Located in the eastern part of Zimbabwe, the catchment receives limited rainfall during its dry season, leaving it prone to drought. With a growing population and an economy reliant on agriculture, the demand for water in the catchment area is growing.

Training scientists on isotopic techniques

To better understand the relationship between river water and groundwater, counterparts from the University of Zimbabwe received training in 2018 at Addis Ababa University in Ethiopia, and at the end of that year, Mhizha learned at the IAEA laboratories in Vienna, how to evaluate geological, hydro-chemical and hydrological data, and design a field sampling campaign for the study sites.

In June 2021 experts from the Helmholtz Centre in Leipzig, Germany, conducted a five-day virtual training course with local experts. They were instructed in the basic principles of isotope hydrology with special emphasis on the use of stable and radioactive tracers as tools to investigate surface water-groundwater interactions; groundwater dating techniques; and the vulnerability of aquifers to contamination.

This online training will be followed with an in-person expert visit to the country by the end of the year, to further train Zimbabwean experts on sampling and analytical techniques, interpretation of results, and in using specialised laboratory equipment. Local scientists will then be able to independently continue isotopic analysis over several seasons to generate data and understand interactions between the different components of the water cycle.

“The isotopic results found by local researchers will help identify the challenges Zimbabwe’s national groundwater management system needs to tackle and, in turn, enable more sustainable management of the country’s water supply,” said Michael Schubert, a mineralogist at the Centre in Leipzig and one of the trainers of the course.

THE SCIENCE

Using environmental isotopes to trace surface water and groundwater pathways

Bodies of water are naturally labelled with unique isotopic signatures. A laser spectroscopic analyser is used to determine the unique isotopic signature or fingerprint based on the relative proportion of the different isotopes present in a water sample. By using these signatures, water origin and movement can be tracked through the entire water cycle.

Naturally occurring radioactive isotopes, such as radon-222 (Rn-222), tritium (hydrogen-3), carbon-14 (C-14) are powerful tools that allow scientists to date very young to old groundwater systems and trace their contribution in river water discharge. This information informs water specialists on the nature, history and flow of sampled river and groundwater and helps them calibrate and improve numerical models that predict the response of rivers and aquifers to abstractions and climate change.

معالجة الجفاف في زمبابوي تطبيق العلوم النووية لفهم ديناميات المياه الجوفية والأنهار

The need for quality water

Training scientists on isotopic techniques

THE SCIENCE

موارد ذات صلة

المزيد

More on the IAEA

Scientific resources

Resources

Documents

Stay in Touch