تعد الهيدروجيولوجيا (Hydrogeology) أحد الفروع المتقدمة في علم الجيولوجيا إذ تهتم بدراسة توزيع وحركة وجودة المياه الجوفية في القشرة الأرضية (Freeze & Cherry, 1979). ويكمن في قلب هذا العلم مفهوم الدورة الهيدرولوجية (Hydrological Cycle) التي تصف الحركة المستمرة للمياه بين الغلاف الجوي والغلاف الصخري والغلاف المائي والمحيط الحيوي (Shiklomanov & Rodda, 2003).
يمثل فهم دورة المياه أساسا لإدارة الموارد المائية واستدامتها وهو ما يجعله محورا رئيسيا في الدراسات البيئية والهندسية والسياسات المائية المعاصرة.
* المفهوم الأساسي لدورة المياه في الطبيعة
تتمثل الدورة المائية في سلسلة عمليات طبيعية تُعيد توزيع المياه بين المحيطات والأنهار والبحيرات والأنهار الجليدية ورطوبة التربة والمياه الجوفية والغلاف الجوي. وتشمل العمليات الرئيسة:
1- التبخر والنتح: تحول المياه السائلة إلى بخار بفعل الطاقة الشمسية، إضافة إلى فقدان النباتات للماء عبر الأوراق (evapotranspiration) (Allen et al., 1998).
2- التكثيف وتكوين السحب: يتحول بخار الماء إلى قطرات دقيقة في الغلاف الجوي البارد، مكوّنًا السحب.
3- هطول الأمطار: عودة المياه إلى سطح الأرض في صورة مطر أو ثلج أو برد وهو المصدر الرئيسي لتجديد المياه السطحية والجوفية.
4- التسلل والترشيح: دخول جزء من مياه الأمطار إلى التربة وتجدد الخزانات الجوفية (Bear, 1972).
5- الجريان السطحي: المياه التي لا تتسرب وتتحرك فوق سطح الأرض إلى الأنهار والبحيرات.
6- تدفق وتخزين المياه الجوفية: تخزن المياه في طبقات المياه الجوفية (aquifers) وتتحرك ببطء مكونة ينابيع أو مغذية للأنهار خلال فترات الجفاف.
* توازن المياه في الكرة الأرضية
يعبر مفهوم توازن المياه عن العلاقة بين المدخلات (الهطول) والتخزين (المياه الجوفية وخزانات السطح) والمخرجات (التبخر والجريان السطحي). ويُستخدم هذا التوازن في التنبؤ بالجفاف وتخطيط الزراعة، وتقييم الموارد المائية المتاحة (Healy et al., 2007).
* التأثير البشري على الدورة الهيدرولوجية
غيّرت الأنشطة البشرية بشكل ملحوظ الدورة المائية الطبيعية:
التحضر يقلل من التسلل ويزيد الجريان السطحي ما يؤدي إلى الفيضانات ونقص إعادة تغذية المياه الجوفية.
إزالة الغابات تخفض معدلات النتح والتبخر وتغير المناخ المحلي.
الاستخراج المفرط للمياه الجوفية يؤدي إلى هبوط الأراضي وتسرب المياه المالحة في المناطق الساحلية (Foster & Chilton, 2003).
* التقنيات الحديثة في دراسة المياه
أحدثت التكنولوجيا الحديثة طفرة في دراسة وإدارة الموارد المائية:
1- الاستشعار عن بعد وصور الأقمار الصناعية لمراقبة الهطول والتبخر وتخزين المياه (Famiglietti, 2014).
2- نظم المعلومات الجغرافية (GIS) لتحليل التوزيع المكاني للمياه الجوفية.
3- النمذجة الهيدرولوجية للتنبؤ بسلوك طبقات المياه الجوفية تحت تأثير التغيرات المناخية.
4- الهيدرولوجيا النظيرية باستخدام نظائر الأكسجين والهيدروجين لتتبع أصل وأعمار المياه الجوفية (Clark & Fritz, 1997).
التطبيقات العملية للهيدروجيولوجيا
* تلعب دراسة دورة المياه دورا محوريا في المجالات التطبيقية:
1- إمدادات المياه: تقييم معدلات إعادة تغذية المياه الجوفية وضمان استدامة السحب.
2- الزراعة: تحسين كفاءة الري ومنع التملح والتشبع بالمياه.
3- حماية البيئة: إدارة التلوث الناتج عن مدافن النفايات والمصادر الصناعية.
4- التغير المناخي: مراقبة أنماط الهطول والجفاف والفيضانات.
5- المشاريع الهندسية: تصميم السدود والأنفاق والطرق والمناجم اعتمادا على الدراسات الهيدروجيولوجية.
* الأهمية العالمية لدورة المياه في الطبيعة
هذا ولا تمثل الدورة الهيدرولوجية مجرد عملية طبيعية بل هي نظام حيوي يربط بين المناخ والنظم البيئية والمجتمع البشري. وفي ظل التحديات العالمية مثل تغير المناخ والنمو السكاني والتوسع العمراني أصبحت إدارة هذه الدورة أحد أهم التحديات الاستراتيجية للقرن الحادي والعشرين (IPCC, 2021).
وفي الختام يمكن القول بأن دراسة الهيدروجيولوجيا ودورة المياه تشكل إطارا علميا متكاملاً لفهم حركة المياه بين الأنظمة المختلفة في الأرض وربط العمليات الجوية والجيولوجية والبيولوجية. كما أن استخدام التقنيات الحديثة في الاستشعار عن بعد والنمذجة والهيدرولوجيا النظيرية يعزز من كفاءة إدارة الموارد المائية.
إن إتقان هذا الموضوع يعد ضرورة لطلاب الجيولوجيا والباحثين إذ يجمع بين الجانب النظري والتطبيقي لمواجهة تحديات الأمن المائي والاستدامة البيئية.
أهم المراجع:
Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., & Smith, M. (1998). Crop evapotranspiration: Guidelines for computing crop water requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper 56.
Bear, J. (1972). Dynamics of fluids in porous media. Dover Publications.
Clark, I., & Fritz, P. (1997). Environmental isotopes in hydrogeology. CRC Press.
Famiglietti, J. S. (2014). The global groundwater crisis. Nature Climate Change, 4(11), 945–948.
Foster, S., & Chilton, J. (2003). Groundwater: The processes and global significance of aquifer degradation. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 358(1440), 1957–1972.
Freeze, R. A., & Cherry, J. A. (1979). Groundwater. Prentice-Hall.
Healy, R. W., Winter, T. C., LaBaugh, J. W., & Franke, O. L. (2007). Water budgets: Foundations for effective water-resources and environmental management. U.S. Geological Survey Circular 1308.
IPCC. (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Cambridge University Press.
Shiklomanov, I. A., & Rodda, J. C. (2003). World water resources at the beginning of the twenty-first century. Cambridge University Press
بقلم:
الدكتور/ فوزي العيسوي يونس
استاذ ورئيس وحدة فسيولوجيا الأقلمة- مركز بحوث الصحراء
واستشاري البصمة الكربونية والإستدامة البيئية.
