​Mapping and assessing evapotranspiration using MODIS-based SEBAL for groundwater potential in the Sita–Swarna river basins, coastal Karnataka, India

الماء هو شريان الحياة للأرض، لكنه أيضاً شبح يتلاشى في الهواء كل يوم. في المناطق الاستوائية الرطبة في سواحل الهند، حيث تكون أمطار الموسم غزيرة والغابات كثيفة، يُسمى هذا الفقد غير المرئي بـ "النتح التبخيري". وهي العملية المشتركة لتبخر الماء من التربة والنتح من النباتات، وهو تبادل هائل للمياه يعيد الماء من الأرض إلى السماء. إن فهم مقدار الماء المفقود بالضبط، وأين يذهب، أمر بالغ الأهمية لإدارة الخزانات الخفية للمياه الجوفية التي تعتمد عليها المجتمعات عندما تتوقف الأمطار. فإذا لم يستطع المهندسون والمخططون رؤية أين تذهب المياه، فلن يتمكنوا من التخطيط بفعالية للأشهر الجافة أو حماية طبقات المياه الجوفية من الاستغلال المفرط. لقد كان التحدي دائماً هو أن هذه العملية يصعب قياسها عبر مشهد طبيعي كامل؛ فالأدوات التقليدية لا يمكنها إلا أخذ قراءة في نقطة واحدة، مما يترك مساحات شاسعة من الريف لغزاً مبهماً.

لقد شرع فريق من الباحثين في حل هذا اللغز لحوضين نهريين في منطقة أودوبي في ولاية كارناتاكا بالهند: نهري سيتا وسوارنا. تعد هذه الأحواض مقطعاً درامياً من جبال الغات الغربية، حيث تمتد من القمم الجبلية الحرجية العالية وصولاً إلى السهول الساحلية المنبسطة والمبنية حيث تلتقي الأنهار بالبحر. استخدم الفريق طريقة متطورة تحول صور الأقمار الصناعية إلى خريطة لفقدان المياه. ومن خلال مراقبة الحرارة المنبعثة من سطح الأرض وخضرة الغطاء النباتي، قاموا بحساب توازن الطاقة للأرض. سمح لهم ذلك بتقدير كمية المياه التي تُسحب من الأرض وتُطلق في الغلاف الجوي عبر المنطقة بأكملها، يوماً بعد يوم، على مدار عامين. لم يكتفوا بمجرد التخمين؛ بل قاموا بمطابقة حسابات الأقمار الصناعية مع بيانات محطات الأرصاد الجوية وقارنوا النتائج عبر مواسم مختلفة، من موسم الأمطار الرطب إلى الشتاء الجاف.

رسمت النتائج صورة واضحة، وإن كانت مفاجئة، لكيفية حركة المياه في هذا المشهد الطبيعي. وجد الباحثون أن كمية المياه المفقودة في الهواء تختلف بشكل كبير اعتماداً على نوع الأرض والوقت من السنة. ففي حوض سيتا، تراوح فقدان المياه اليومي من حوالي 5.6 إلى ما يقرب من 20 ملم، بينما في حوض سوارنا، كان الرقم أكثر اعتدالاً، حيث تراوح بين 4 إلى 6 ملم تقريباً. ولم تكن أعلى معدلات فقدان المياه في الأماكن التي قد يُتوقع فيها وجود ظروف أكثر جفافاً، بل فوق الغابات الدائمة الخضرة الكثيفة على القمم الجبلية وفوق المياه المفتوحة لمصبات الأنهار. هذه المناطق، الغنية بالرطوبة والنباتات، كانت تتنفس الماء باستمرار في الغلاف الجوي. وعلى العكس من ذلك، وُجدت أدنى معدلات فقدان المياه فوق المناطق العمرانية في السهل الساحلي، حيث تغطي المباني والخرسانة الأرض.

لقد قلب هذا الاكتشاف فرضية شائعة تُستخدم في تخطيط المياه الجوفية رأساً على عقب. لفترة طويلة، اعتقد العديد من الخبراء أن المناطق ذات الفقد العالي في المياه هي مرشحات ضعيفة لإعادة شحن المياه الجوفية، لأنها تبدو وكأنها "تستهلك" الماء. أظهرت الدراسة أن هذا المنطق كان معكوساً بالنسبة لهذه المنطقة. فالفقد العالي للمياه في الغابات كان في الواقع علامة على الصحة؛ إذ يعني وجود الكثير من المياه المتاحة لتُفقد. وهذه المرتفعات الحرجية، بجذورها العميقة وتربتها النفاذة، هي المحركات الحقيقية لإعادة شحن المياه الجوفية، حيث تمتص أمطار الموسم الغزيرة وتغذي طبقات المياه الجوفية تحتها. وفي المقابل، فإن المناطق ذات الفقد الأقل للمياه — المدن والبلدات — هي الأقل قدرة على إعادة شحن المياه الجوفية. فبسبب كون الأرض هناك مغطاة بالأسفلت والمباني، لا يمكن لمياه الأمطار أن تتسرب للداخل على الإطلاق. لم يكن انخفاض فقدان المياه هناك علامة على وفرة المياه، بل كان علامة على أن المياه تُمنع من دخول الأرض تماماً.

كشفت الدراسة أيضاً كيف تغير الفصول القصة. خلال فصل الشتاء، عندما يكون الهواء أبرد ولكن التربة لا تزال تحتفظ بالرطوبة من الأمطار السابقة، استمرت الغابات والمسطحات المائية في فقدان المياه بمعدلات عالية. ومع ذلك، ومع اقتراب الصيف الجاف، جفّت التربة وانخفض فقدان المياه بشكل حاد في الحقول الزراعية والمستوطنات، رغم أن الهواء أصبح أكثر حرارة وعطشاً. هذه الفجوة بين ما يريده الهواء (طلب مرتفع) وما يمكن للأرض تقديمه (عرض منخفض) هي بالضبط اللحظة التي يصبح فيها الضغط على آبار المياه الجوفية في ذروته. وجد الباحثون أن الفرق بين الطلب الجوي وفقدان المياه الفعلي يتسع مع تقدم الموسم الجاف، مما يشير إلى اللحظات الدقيقة التي يميل فيها المجتمع إلى الضخ المفرط من طبقات المياه الجوفية.

كان أحد أكثر جوانب البحث إثارة هو اكتشاف خلل حسابي بالقرب من مصب النهر. أظهرت النماذج ارتفاعاً حاداً للغاية في فقدان المياه عند المصب، حيث يلتقي النهر بالمحيط. وبينما كان هذا ناتجاً جزئياً عن الفيزياء الفريدة للمياه المفتوحة واختلاطها بالهواء الجاف، فقد حدد الباحثون أن الأرقام كانت مبالغاً فيها بسبب الطريقة التي تمت بها معالجة بيانات الأقمار الصناعية. لقد تعاملوا مع هذه القيمة القصوى ليس كقياس دقيق، بل كحد أقصى، وهي وسيلة لتحديد أين يتركز الطلب على الماء. هذا التمييز أمر بالغ الأهمية؛ فهو يوضح أنه بينما تعتبر طريقة الأقمار الصناعية قوية، إلا أنه يجب تفسيرها بعناية، خاصة في البيئات الساحلية المعقدة حيث تتفاعل الأرض والماء والهواء بطرق معقدة.

في نهاية المطاف، يوفر هذا العمل أداة تفصيلية مكانية لمديري المياه. فمن خلال رسم خرائط لأماكن فقدان المياه فعلياً، حدد الباحثون المناطق المحددة التي يبلغ فيها الطلب في موسم الجفاف ذروته. تسمح هذه المعلومات للمهندسين بوضع هياكل إعادة الشحن، مثل السدود التحويلية وخزانات الترشيح، في الأماكن الصحيحة لالتقاط الجريان السطحي قبل أن يُفقد. كما تسلط الضوء على الأماكن التي تتطلب قيوداً على ضخ المياه لمنع تسرب المياه المالحة من المحيط إلى المياه العذبة الجوفية. وتخلص الدراسة إلى أنه بينما يعد النتح التبخيري جزءاً حيوياً من لغز المياه، إلا أنه لا يمكن استخدامه بمفرده للحكم على قدرة المنطقة على الاحتفاظ بالمياه الجوفية. بدلاً من ذلك، يجب النظر إليه جنباً إلى جنب مع استخدام الأراضي، ونوع التربة، والجيولوجيا. في هذه الأحواض الساحلية، الغابات هي حارسة المياه، والمدن هي العوائق؛ وفهم هذه الديناميكية هو المفتاح للحفاظ على استقرار مستوى المياه الجوفية في ظل مناخ متغير.