Annual simulated hydrological contrasts and SWAT+ parameter sensitivity in a coastal mineral-sand mining basin of Madagascar
इस अध्ययन ने मैडागास्कर के मंदेना खनन बेसिन में SWAT+ मॉडल आउटपुट पर एक BACI-शैली का विश्लेषण लागू किया, जिसमें 2008 के बाद खनन के कारण होने वाले किसी भी सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण हाइड्रोलॉजिकल बदलाव का पता नहीं चला, जबकि पैरामीटर परिवर्तनों के प्रति मॉडल की प्रमाणित संवेदनशीलता के बावजूद, यह ऐसे प्रभावों का पता लगाने के लिए सूक्ष्म-रिज़ॉल्यूशन निगरानी डेटा की आवश्यकता को रेखांकित करता है।
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हिंद महासागर के नम और रेतीले परिदृश्यों में, पानी एक नाजुक, अदृश्य चक्र के माध्यम से चलता है। बारिश जमीन पर गिरती है, मिट्टी में समा जाती है, पौधों को पोषण देती है, या सतह से बहकर धाराओं में मिल जाती है। यह चक्र कभी स्थिर नहीं होता; यह मौसमों, वनस्पति के प्रकार और जमीन की बनावट के साथ बदलता रहता है। जब मनुष्य खनिजों को निकालने के लिए इस धरती को खोदते हैं, तो वे अनिवार्य रूप से मिट्टी को बदल देते हैं और उन पौधों को हटा देते हैं जो कभी इसे थामे रखते थे। वह प्रश्न जो पर्यावरण वैज्ञानिकों को सताता है, वह यह है कि उस खुदाई से होने वाले बदलाव और प्राकृतिक, बदलते जलवायु के कारण होने वाले बदलाव के बीच अंतर कैसे किया जाए। एक उष्णकटिबंधीय तटीय बेसिन में, जहाँ बारिश भारी और अनिश्चित हो सकती है, एक स्थानीय व्यवधान को क्षेत्रीय मौसम पैटर्न से अलग करना एक तूफान में एक अकेली फुसफुसाहट को सुनने की कोशिश करने जैसा है। इसे हल करने के लिए, शोधकर्ता "पहले-और-बाद" (before-and-after) नामक एक विधि का उपयोग करते हैं, जिसमें एक विक्षुब्ध क्षेत्र की तुलना कई वर्षों तक एक पास के, अविचलित क्षेत्र से की जाती है। वे उस विशिष्ट क्षण की तलाश करते हैं जब दोनों स्थान अलग तरह से व्यवहार करने लगते हैं। यदि विक्षुप्त क्षेत्र अचानक बदल जाता है जबकि शांत पड़ोसी वैसा ही रहता है, तो अंतर संभवतः मानवीय गतिविधि का है। लेकिन यदि दोनों क्षेत्र एक ही तरह से बदलते हैं, तो कारण कोई साझा चीज़ है, जैसे कि स्वयं वर्षा।
दक्षिण-पूर्वी मेडागास्कर में, एक कंपनी ने 2008 में खनिज रेत का खनन शुरू किया। मंदेना (Mandena) के नाम से ज्ञात यह स्थल एक तटीय मैदान पर स्थित है जिसमें रेतीली मिट्टी, आर्द्रभूमि और कम ऊँचाई वाली पहाड़ियाँ हैं। यह समझने के लिए कि क्या इस खनन अभियान ने स्थानीय जल चक्र को बदल दिया है, यूनिवर्सिटी ऑफ अंतानानारिवो के एक शोधकर्ता ने SWAT+ नामक एक शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन टूल की ओर रुख किया। यह टूल परिदृश्य के एक 'डिजिटल ट्विन' (डिजिटल जुड़वां) के रूप में कार्य करता है, जो वर्षा और तापमान के आंकड़ों के आधार पर गणना करता है कि पानी मिट्टी, पौधों और धाराओं के माध्यम से कैसे चलता है। भौतिक सेंसरों पर निर्भर रहने के बजाय, जो इस विशिष्ट अध्ययन के लिए उपलब्ध नहीं थे, शोधकर्ता ने खनन क्षेत्र और एक पास के संदर्भ क्षेत्र का एक विस्तृत मॉडल बनाया। लक्ष्य यह देखना था कि क्या 2008 में खनन शुरू होने के बाद खनन क्षेत्र में जल संतुलन उल्लेखनीय रूप से बदला है, इसकी तुलना संदर्भ क्षेत्र से की जाए। इस अध्ययन ने तीस वर्षों (1993 से 2022 तक) को कवर किया, जिसमें पानी के तंत्र के माध्यम से बहने के नौ अलग-अलग तरीकों को देखा गया, जैसे कि कितना पानी गहराई तक जमीन में समाता है, कितना सतह से बह जाता है, और पौधों से कितना वाष्पित होता है।
कंप्यूटर मॉडल ने पहले एक आधार रेखा (baseline) स्थापित की, जिसमें दोनों क्षेत्रों के लिए जल चक्र का अनुकरण किया गया जैसे कि कुछ भी बदला न हो। फिर, शोधकर्ता ने पैटर्न में आए बदलाव की तलाश की। क्या 2008 के बाद खनन क्षेत्र ने संदर्भ क्षेत्र से अलग व्यवहार करना शुरू कर दिया था? उत्तर स्पष्ट रूप से 'नहीं' था। नौ अलग-अलग जल मापों में से किसी में भी ऐसा कोई सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण बदलाव नहीं दिखा जिसे खनन के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सके। वास्तव में, खनन क्षेत्र और संदर्भ क्षेत्र दोनों एक ही दिशा में बढ़े। 2008 के बाद, दोनों स्थानों में जमीन की गहराई में समाने वाले पानी की मात्रा बढ़ी, जबकि सतह से बहने वाले पानी की मात्रा और कुल जल प्राप्ति दोनों जगहों पर कम हुई। क्योंकि दोनों क्षेत्र एक साथ बदले, उनके बीच का अंतर छोटा और यादृच्छिक बना रहा। मॉडल वार्षिक डेटा में एक विशिष्ट "खनन प्रभाव" को अलग करने में असमर्थ रहा। शोधकर्ता ने उल्लेख किया कि हालांकि खनन क्षेत्र में गहरे पानी के समाने की वृद्धि संदर्भ क्षेत्र की तुलना में थोड़ी कम थी, लेकिन यह अंतर जलवायु के प्राकृतिक उतार-चढ़ाव के शोर से अलग पहचान पाने के लिए बहुत छोटा था।
इसका अर्थ यह नहीं है कि खनन का कोई प्रभाव नहीं पड़ा, और न ही यह सिद्ध करता है कि मिट्टी अछूती रही। इसका केवल यह अर्थ है कि पूरे वर्ष के पैमाने पर, खनन से होने वाले परिवर्तन या तो प्राकृतिक जलवायु भिन्नता के सामने इतने छोटे थे कि देखे नहीं जा सके, या वे इस तथ्य से ढके हुए थे कि पूरा क्षेत्र समान मौसम पैटर्न का अनुभव कर रहा था। मॉडल की सीमाओं का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ता ने फिर एक अलग प्रयोग चलाया। उन्होंने सिमुलेशन में खनन क्षेत्र को लिया और कृत्रिम रूप से मापदंडों को इस तरह बदलने के लिए मजबूर किया जैसे कि वनस्पति को हटा दिया गया हो और मिट्टी को संकुचित कर दिया गया हो। उन्होंने तीन स्तरों के व्यवधान का परीक्षण किया: निम्न, मध्यम और उच्च। इस नियंत्रित परिदृश्य में, मॉडल ने जोरदार प्रतिक्रिया दी। जब वनस्पति को कम किया गया और मिट्टी को बदला गया, तो सिमुलेशन ने एक नाटकीय बदलाव दिखाया: जो पानी पहले पौधों द्वारा सोखा जाता था, वह अब सीधे मिट्टी से वाष्पित होने लगा, और अधिक पानी रिसने के बजाय सतह पर बहने लगा। इसने सिद्ध किया कि मॉडल बड़े और विशिष्ट परिवर्तनों का पता लगाने के लिए पर्याप्त संवेदनशील था।
हालाँकि, दोनों प्रयोगों के बीच का अंतर ही मुख्य निष्कर्ष है। मॉडल यह दिखाने में सक्षम है कि भूमि के विक्षोभ से क्या होता है, लेकिन खनन स्थल से प्राप्त वास्तविक डेटा ने वार्षिक रिकॉर्ड में उन विशिष्ट परिवर्तनों को होते हुए नहीं दिखाया। शोधकर्ता ने यह भी पाया कि भूमि का प्रकार अत्यधिक मायने रखता है। खनन क्षेत्र के शुष्क, रेतीले हिस्सों में, सिम्युलेटेड व्यवधान ने पानी को सतह और अपवाह (runoff) की ओर धकेल दिया। लेकिन उसी खनन क्षेत्र के भीतर आर्द्रभूमि वाले क्षेत्रों में, प्रतिक्रिया इसके विपरीत थी: मॉडल ने दिखाया कि वाष्पीकरण बढ़ गया जबकि अपवाह कम हो गया। यह इस बात को उजागर करता है कि पूरे खनन स्थल के लिए एक एकल औसत संख्या इन विपरीत व्यवहारों को छिपा देगी। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि इतने जटिल वातावरण में पानी पर खनन के प्रभाव को वास्तव में समझने के लिए, वैज्ञानिक केवल वार्षिक औसत पर भरोसा नहीं कर सकते। उन्हें महीनों या विशिष्ट तूफानी घटनाओं जैसे छोटे समय-सीमाओं को देखने की आवश्यकता है, और उन्हें कंप्यूटर मॉडल जो सुझाव देते हैं उसकी पुष्टि करने के लिए जल स्तर और नदी प्रवाह के भौतिक मापों की भी आवश्यकता है। उन अतिरिक्त अवलोकन स्तरों के बिना, स्थानीय व्यवधान के सूक्ष्म संकेत जलवायु के शोर में खो जाते हैं।
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