Evaluation of Urbanization Impacts on Flood Generation in the Adigrat Watershed, Northern Ethiopia

المدينة التي تعلمت الركض بسرعة كبيرة

تخيل حوض التصريف كإسفنجة طبيعية عملاقة. عندما تمطر، تمتص هذه الإسفنجة الماء، وتسمح له بالتسرب ببطء إلى الأرض، مما يغذي الأنهار بلطف بمرور الوقت. هكذا تتعامل الطبيعة عادةً مع العواصف. لكن المدن مختلفة؛ فعندما نبني الطرق والمنازل ومواقف السيارات، فإننا نغطي تلك الأرض الناعمة الإسفنجية بالخرسانة والأسفلت الصلب وغير المرن. في علم الهيدرولوجيا (علم حركة المياه عبر الأرض)، يعد هذا أمراً بالغ الأهمية. تُسمى هذه الأسطح الصلبة "غير منفذة"، مما يعني أن الماء لا يمكنه المرور من خلالها. وبدلاً من امتصاصها، لا يجد المطر مكاناً يذهب إليه سوى الجري فوق السطح، مندفعاً نحو الأسفل مثل سيارة سباق على مضمار.

يستخدم العلماء برامج حاسوبية خاصة للتنبؤ بما يحدث عندما تُغطى هذه الإسفنجات الطبيعية بالخرسانة. أحد أكثر الأدوات شعبية هو HEC-HMS. فكر فيه كآلة زمن رقمية تسمح للباحثين بإعادة المشاهد أو تسريعها عبر سنوات من الطقس، وتغيير خريطة المدينة لرؤية كيف ستتفاعل المياه. إنهم ينظرون إلى أشياء مثل "رقم المنحنى" (Curve Number)، وهو باختصار درجة تخبرنا بمقدار الماء الذي ستسمح به بقعة معينة من الأرض ليتسرب مقابل كمية الماء التي ستجري فوقها. كلما ارتفขึ้น الرقم، زادت كمية المياه الجارية. وعندما تنمو المدن، ترتفع هذه الدرجات، وتصبح الأنهار أكثر غضباً بشكل أسرع. وهذا أمر مهم لأنه عندما تنمو المدينة بسرعة كبيرة دون التخطيط للمياه، فإن النتيجة ليست مجرد بركة ماء، بل هي فيضان يمكن أن يجرف المنازل والطرق.

---

تجربة أديغرات: عندما تحولت الإسفنجة إلى حجر

في الجزء الشمالي من إثيوبيا، توجد مدينة تدعى أديغرات. ومثل العديد من الأماكن حول العالم، تشهد نمواً سريعاً، حيث تظهر المزيد من المباني والطرق كل عام. أراد فريق من الباحثين من جامعة أكسوم معرفة: ما مدى التغيير الذي أحدثه هذا النمو بالضبط في سلوك الفيضانات في حوض التصريف المحلي؟ لم يعتمدوا على التخمين فحسب؛ بل بنوا "توأماً رقمياً" لحوض تصريف أديغرات باستخدام شبكة مكونة من 30 متراً لشكل الأرض وخرائط لما كانت عليه الأرض في عامين مختلفين تماماً: عام 2000 وعام 2018.

ولأنه لم يكن هناك مقياس مياه داخل حوض أديغرات مباشرة لقياس التدفق، كان على العلماء أن يكونوا أذكياء. فقد استعاروا بيانات من محطة قريبة تسمى "سلو" (Sluh) واستخدموا خدعة رياضية تسمى "طريقة نسبة المساحة" لتقدير شكل تدفق المياه في أديغرات. أدخلوا هذه البيانات، إلى جانب خرائط التربة وسجلات هطول الأمطار، في نموذج الحاسوب HEC-HMS الخاص بهم. قاموا بمعايرة النموذج (ضبطه مثل الراديو) باستخدام بيانات من 1998 إلى 2012، ثم اختبروه (التحقق من صحته) باستخدام بيانات من 2013 إلى 2017 للتأكد من صدقه. وقد عمل النموذج بشكل جيد، حيث أظهر تطابقاً قوياً بين توقعاته والبيانات الواقعية.

ثم جاء الحدث الرئيسي: المقارنة. قام الباحثون بتشغيل النموذج مرتين. أولاً، قاموا بمحاكاة ما سيحدث لو ظل الحوض كما كان في عام 2000، قبل الطفرة العمرانية الكبيرة. ثم قاموا بتشغيله مرة أخرى باستخدام خريطة عام 2018، حيث تحولت مساحات أكبر من الأراضي إلى مبانٍ وطرق. وكانت النتائج إشارة واضحة على أن المدينة قد غيرت سلوك المياه.

السرعة والاندفاع
كانت النتيجة الأكثر إثارة للدهشة هي مدى سرعة وضخامة الفيضانات. في عام 2000، كان ذروة تدفق المياه الخارجة من الحوض 6.1 متر مكعب في الثانية. وبحلول عام 2018، وبعد سنوات من التوسع الحضري، قفزت هذه الذروة إلى 8.8 متر مكعب في الثانية. هذه زيادة بنسبة 30.68% في سرعة وقوة اندفاع المياه عند المخرج. لم تكن فقط أسرع قليلاً؛ بل كانت المياه تندفع بقوة أكبر بكثير.

ولم يقتصر الأمر على السرعة فحسب، بل زاد إجمالي كمية المياه المسببة للفيضان أيضاً. فقد ارتفع حجم مياه الفيضان من 166.49 × 10⁶ متر مكعب في عام 2000 إلى 215.09 × 10⁶ متر مكعب في عام 2018. هذه زيادة بنسبة 29.19% في إجمالي كمية المياه. وبعبارة بسيطة، كان حوض التصريف يحتفظ بمياه أقل ويفرغ كمية أكبر منها دفعة واحدة.

لماذا حدث هذا؟
توضح الورقة البحثية أن هذا حدث لأن "رقم المنحنى" (درجة الجريان السطحي) قد ارتفع. ومع توسع البلدة، زادت كمية "الأسطح غير المنفذة" (الخرسانة والصخور)، بينما انخفضت "الامتصاص الأولي" (كمية المطر التي يمكن للأرض امتصاصها قبل أن تبدأ في الجريان). لم يكن أمام الماء مكان ليختبئ فيه.

كما أظهر النموذج أن "زمن التأخير" و"زمن التركيز" قد تقلصا. تخيل سباق تتابع حيث كان العداؤون يتوقفون لربط أحذيتهم عند كل محطة؛ الآن، هم يركضون بسرعة البرق دون توقف. لقد وصلت المياه إلى أسفل حوض التصريف بشكل أسرع بكثير. على سبيل المثال، في أحد الأحواض الفرعية المسماة W600، انخفض الوقت الذي استغرقته المياه للوصول من 14.87 دقيقة إلى 13.48 دقيقة. وفي حوض آخر، W710، انخفض من 7.46 دقيقة إلى 5.53 دقيقة. كانت المياه تتحرك بسرعة أكبر من أي وقت مضى.

ليس كل ركن كان متشابهاً
من المثير للاهتمام أن الفيضان لم يزد سوءاً في كل مكان بنفس الطريقة تماماً. وجد الباحثون أن أكبر القفزات في ذروة الفيضانات حدثت في وسط حوض التصريف، حيث تلتقي الجداول المختلفة عند التقاطعات مثل J99 وR330. في هذه النقاط المركزية، قفز ذروة التصريف بنحو 2.0 إلى 2.6 متر مكعب في الثانية. ومع ذلك، في حوض فرعي صغير يسمى W710، لم يتغير ذروة التصريف على الإطلاق (بقي عند 0.2 متر مكعب في الثانية)، ويرجح أن ذلك بسبب صغر حجمه الذي جعله لا يشعر بالتأثير الكامل للنمو الحضري. ولكن حتى هناك، وصلت المياه بشكل أسرع.

التكلفة الخفية: مياه أقل لاحقاً
كان هناك جانب سلبي لهذه السرعة. نظرًا لأن المياه اندفعت بعيدًا عن السطح بسرعة كبيرة، فإنها لم تتسرب إلى الأرض لإعادة شحن المياه الجوفية. أظهر النموذج أن "التدفق المنخفض" (المياه المتبقية في النهر بعد مرور العاصة) انخفض بشكل كبير. عند مخرج حوض التصريف، انخفض التدفق المتبقي من حوالي 6. 0 متر مكعب في الثانية إلى 3.4 متر مكعب في الثانية، أي بانخفاض قدره 43.3%. كانت المدينة تحصل على فيضان أكبر، لكن النهر كان يجف بسرعة أكبر بعد ذلك.

ماذا يعني هذا للمستقبل؟
خلص المؤلفون إلى أن التوسع الحضري السريع في أديغرات قد غير بشكل جذري الهيدرولوجيا في المنطقة. لقد أصبحت المدينة أقل شبهاً بالإسفنجة وأكثر شبهاً بالمنزلق. ويقترحون أنه إذا استمرت البلدة في النمو دون التخطيط لهذه التغييرات، فإن الفيضانات ستصبح أسوأ. توصي الورقة بأن التخطيط الحضري المستقبلي يجب أن يتضمن "اعتبارات هيدرولوجية"، مثل الحفاظ على مسارات التصريف الطبيعية مفتوحة، وبناء أحواض احتجاز (مثل الإسفنجات العملاقة لحجز المياه مؤقتاً)، واستخدام الأرصفة المنفذة.

وتعترف الدراسة بأن لها بعض الحدود؛ فبسبب اضطرارهم لاستعارة بيانات من محطة قريبة، هناك قدر من عدم اليقين. كما أنهم نظروا فقط في عامين (2000 و2018 وافترضوا أن الأمطار ظلت كما هي، دون مراعاة لتغير المناخ. لكن المحاكاة واضحة: المدينة الخرسانية تجعل المياه تجري بشكل أسرع، وأقوى، وبكميات أكبر. الرسالة هي أنه إذا كنت تريد الحفاظ على سلامة المدينة، فعليك التخطيط للمياه قبل صب الخرسانة.