الاستغلال الأمثل لمياه الوديان الشرقية للعراق

م.ر.مهندسين ،  فؤاد حسين سعيد

(ماجستير هندسة الموارد المائية)                    

وزارة الموارد المائية  ،  الهيئة العامة لصيانة مشاريع الري والبزل

                                                                   

الخلاصة:

في المناطق الجافة وشبة الجافة تعد محدودية المياه واحده من اهم العقبات في التنمية الحضرية والزراعية، حيث تعاني المنطقة الشرقية في وسط من شحة حادة في الموارد المائية خصوصا مدن بدرة وجصان وزرباطية ومندلي وقزانيه. قلة من الدراسات تناولت الوديان التي تنشأ في المنطقة الحدودية بين العراق وإيران مثل كلال بدرة وترسخ وسوينه وحران كمورد مائي مهم للاستخدام المنزلي والزراعي. في هذه الدراسة تم التحري عن نوعية وكمية المياه وأفضل طريقة لاستثمار مياه تلك الوديان التي تصب في منخفض الشويجة. تم تخطيط الجابية ومحاكاة السيح السطحي والرسوبيات باستخدام نموذج SWAT وبيانات التحسس النائي كمدخلات للنموذج للفترة من 1/1/2000  الى 31/12/2013. نتيجة لعدم وجود بيانات مرصودة مثل التصريف او الترسبات لم يتم معايرة النموذج مع احتمالية ± 20% نسبة الأخطاء في التخمين. من خلال النتائج، بلغت مساحة جابية منخفض الشويجة بحدود 21355  كم مربع منها 59.6% داخل حدود العراق والباقي داخل الحدود الإيرانية. طبقا لتخمين النموذج كان معدل التصريف الداخل لمنخفض الشويجة خلال فترة المحاكاة بحدود 5.5 متر مكعب بالثانية مع اقصى ذروة بحدود 5510 متر مكعب بالثانية في يوم 29/1/2013 ونتيجة محاكاة انتاج الترسبات من منطقة الدراسة كانت متعلقة بشكل كبير بذروة السيح السطحي. تعد المنطقة ذات إنتاجية عالية للترسبات بسبب ان الأراضي الجرداء تشكل نسبة 43% من المساحة الكلية للجابية. أخيرا تم مناقشة الخيارات المطروحة لاستثمار مياه تلك الوديان مع التحديات القائمة: 1-الخزن في المناطق الحدودية 2-الخزن في منخفض الشويجة 3-التصريف باتجاه نهر دجلة. تبين ان الخزن في المناطق الحدودية (الخيار رقم 1) عبر انشاء خزانات لحصاد المياه يعد الأفضل للحفاظ على كمية ونوعية المياه من التملح والتبخر التي تواجه الخيارين الاخرين.

 

1. المقدمة:

الماء مصدر أساسي للتنمية الصناعية و الزراعية و توسع السكان (Masih et al., 2009). شح المياه في المناطق الجافة يقود الى البحث المعمق عن مصادر المياه المتوفرة الغير مستغلة بصورة مثالية. على الرغم من امتلاك العراق إلى مجموعة من الوديان الشرقية التي تجلب كمياه لا بأس بها من المياه تعاني مدن بدرة و جصان و زرباطية و قزانية و مندلي من ازمة شحة حادة في المياه. حيث تنبع تلك الوديان المسماة وادي حران و وادي شوشرين و وادي النفط و وادي ترسخ و وادي كلال بدرة من الأراضي الإيرانية و جميعها تصب في منخفض الشويجة. معظم مياه المنخفض اما تصرف الى نهر دجلة عبر منفذ ام الجري او تترك في المنخفض لتتبخر و ترتشح إلى باطن الأرض. إن التطور في تقنيات التحسس النائي و النمذجة الهيدرولوجية الرياضية سهل العديد من الأمور التي لم يكن من السهل التحري على مصادر المياه (Rouholahnejad et al, 2014).

هناك ثلاثة خيارات لاستثمار مياه الوديان الشرقية التي تم ذكرها وهي: بناء سدود صغيرة لحصاد المياه او تصريف المياه باتجاه نهر دجلة أو الخزن في منخفض الشويجة. كل الخيارات الثلاثة تواجه تحديات كبيرة، إن التحدي للخيار الأول هو كمية الترسبات الهائلة التي تجلبها تلك الوديان التي ستطمر أي خزان في حال إنشاءه أما تحدي الخيار الثاني هو الفقد الكبير من المياه نتيجة التبخر و الرشح أما تحدي الخيار الثاني فهو خطر فيضان مدينة الكوت و عدم وجود مردود اقتصادي من الخزن.

الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو تقييم نوعية و كمية المياه التي تصب في منخفض الشويجة و تقييم افضل الخيارات من اجل استغلاها بالشكل الأمثل.

2. الطرق و المواد:

• منطقة الدراسة:

يقع منخفض الشويجة في محافظة واسط حوالي 5 كم شرق مدينة الكوت. إن جابية منخفض الشويجة تقع بين الإحداثيات العرضية 34° 13′ 88″  الى   32° 31′ 15″ Nو الإحداثيات الطولية  45° 0′ 11″  إلى   46° 54′ 45”كما في الشكل رقم 1. هناك خمس وديان رئيسة تصب في منخفض الشويجة و هي من الشمال وادي حران و وادي شوشرين و وادي النفط في محافظة ديالى و وادي ترسخ و وادي كلال بدرة في محافظة ديالى Al-Shamaa et al, 2012)). ان مناخ المنطقة يتميز بانه يميل للرطب و البرودة في الشتاء و الجفاف في الصيف. يبلغ معدل الأمطار على جابية منخفض الشويجة خلال الفترة من 1994 لغاية 2006 بحدود 212 ملم و الرطوبة النسبية 44% و المعدل السنوي لدرجة الحرارة 24 درجة مئوية و سرعة الرياح 2.9 متر\ثا و التبخر بمعدل 3162 ملم. ان اعلى تصريف لتلك الوديان حققه كلال بدرة و كانت بحدود 3500 متر مكعب بالثانية (Al-Shammary,2008).

الشكل 1: خارطة موقعية لجابية منخفض الشويجة

• النموذج SWAT الهيدرولوجي:

وهو نموذج رياضي مبني على أساس فيزيائي من اجل محاكاة طويلة المدى للجابيات طورته وزارة الزراعة الأمريكية في عام 1998 مصمم لنمذجة الرسوبيات و السيح السطحي و حركة النيتروجين و نمو النباتات تحت مختلف الظروف في إدارة الأرض (Arnold et al. 1998).

من اجل نمذجة الرسوبيات و السيح السطحي في النموذج SWAT يتطلب بيانات مدخلة مثل نماذج الارتفاعات الرقمية و الغطاء الأرضي و بيانات التربة و بيانات الطقس. النموذج يقسم الجابية إلى جابيات ثانوية طبقا للطبوغرافيا و يقسم الجابية إلى وحدات الاستجابة الهيدرولوجية المبنية على تطابق بيانات التربة و الميول و الغطاء الأرضي (Gassman et al. 2007).. النموذج يحسب السيح السطحي أو الرسوبيات طبقا لكل وحدة استجابة هيدرولوجية و من ثم يستجمعها للجابيات الثانوية.

• البيانات المدخلة و مصادرها:

نماذج الارتفاعات الرقمية: تم تحميل تلك البيانات التي تمثل الطوبوغرافيا من المصدر SRTM و بدقة مكانيه مقدارها 90 متر و استخدمت تلك البيانات في تخطيط الجابية و تحديد مواقع الوديان. ان تلك البيانات تغطي جميع تضاريس الكرة الأرضية منذ 16 عام. حديثا تم تطويرها بدقة 30 متر ما عدا منطقة الشرق الأوسط (Jarihani et al., 2015) . اثنين من الرادارات أنتجت تلك البيانات بالتعاون مع وكالة NASA الأمريكية بالاشتراك مع وكالة الفضاء الألمانية و وكالة الفضاء الإيطالية (Farr et al., 2007).

• الغطاء الأرضي و استخدامات الأرض:

أنتج المركز الوطني للمسوحات الصيني غطاء ارضي لكل العالم بدقة 30 متر و قد استخدم المركز بيانات القمر الصناعي الأمريكي لاند سات و صنفها لكل الكرة الأرضية. تم استخدام تلك البيانات في تعريف وحدات الاستجابة الهيدرولوجية (Chen, 2014).

• بيانات التربة:

أنتجت منظمة الأغذية و الزراعة التابعة للأمم المتحدة FAO بيانات التربة لكل الكرة الأرضية بدقة 1:5000000 و صنفت التربة إلى أصناف متعددة طبقا للمسوحات الأرضية حسب الكثافة و المواد العضوية لمختلف الأعماق التي تمتد طبقتين الأولى من 0 إلى 30 سم و الثانية من 30 إلى 100 سم. تم استخدام تلك البيانات لتعريف وحدات الاستجابة الهيدرولوجية  عبر إنشاء جداول البحث التي تستخدم في النموذج SWAT.

• بيانات الطقس:

يتضمن نظام التنبؤ و إعادة التحليل CFSR العالمي بيانات الطقس لكل الكرة الأرضية للفترة من 1979 لغاية 2014. هذه البيانات تم إنتاجها من قبل المركز الوطني لتنبؤات البيئة يحدث النظام نفسه كل ست ساعات باستخدام المراقبة عبر الأقمار الصناعية و الرصد الأرضي عبر محطات عالمية منتشرة في اغلب بلدان العالم. يتبع النظام استخدام محطات أرضية وهمية على الأرض مشبكة بمسافة 38 كم بين محطة و أخرى تشمل بيانات الطقس التي يوفرها النظام بيانات الأمطار و درجتي الحرارة العظمى و الصغرى و الرطوبة النسبية و السطوع الشمسي و سرعة الرياح. استخدم الباحث الأمريكي Fuka et. al, 2013 تلك البيانات للنمذجة باستخدام النموذج SWAT و كانت النتائج جيدة.

• ضبط النموذج و المعايرة:

تم معالجة البيانات المدخلة باستخدام البرنامج ArcMAP 10.3 كل البيانات المكانية تم إسقاطها على المسقط العالمي  WGS 1984_UTM_Zone_38N بعدها تم ضبط النموذج SWAT و الإيعاز بالتنفيذ لتخمين السيح السطحي و الرسوبيات. قد تم استخدام عتبة لتحديد مساحة الجابيات الثانوية و تبلغ تلك العتبة 100 كم مربع و أنتجت 19 جابية ثانوية داخل جابية منخفض الشويجة.

في هذه الدراسة تم ضبط الطرق التالية في المحاكاة و كما يلي:

• معادلة SCS-curve number كما في المعادلتين 1 و 2.
• معادلة Penman-Monteith لتخمين التبخر-نتح.
• معادلة التغاير في المخزون لتمثيل السيح السطحي و الرسوبيات .Neitsch et al., 2011

أما باقي المعاملات و المعادلات فقد تم تركها حسب الضبط الأساسي للنموذج SWAT.

………………… (1)

…………………..(2)

ان البيانات المدخلة للنموذج SWAT التي تم ذكرها في أعلاه تحتوي على الكثير من التقريب نظرا للتقريب الحاصل في طريقة رصد تلك البيانات لذلك يتطلب معايرة النتائج الابتدائية المستخرجة من النموذج مع قياس التصريف الحقيقة التي لم تتوفر بسبب عدم قياس تصريف الوديان المشار لها لذل فان نتائج محاكاة السيح السطحي و الرسوبيات ستكون قريبة بنسبة ± 20% حسب الدراسة التي قدمها الباحث Ma et al., 2000. امتدت فترة المحاكاة من 1-1-2000 لغاية 31-12-2013.

 

1. النتائج:

من خلال طريقة نماذج الارتفاعات الرقمية كأساس في تخطيط الجابية و المستخدمة في النموذج SWAT. فقد كانت مساحة الجابية التي تصب في منخفض الشويجة 21355 كيلو متر مربع 60% منها داخل العراق و المتبقي داخل الحدود الإيرانية، الشكل رقم 2.

الشكل 2: خارطة طوبوغرافية موقعية لجابية منخفض الشويجة

بلغ معدل التصريف الوارد لمنخفض الشويجة خلال فترة المحاكاة 5.5 متر مكعب بالثانية و أعلى ذروة 5510 متر مكعب بالثانية في يوم 29-1-2013 حسب ما موضح في الشكل 3. توضح نتائج محاكاة السيح السطحي بعدم وجود جريان قاعدي و إن السيح مقتصر على الذروات الموسمية التي تعقب فترات جفاف طويلة. الشكل 5 يوضح التوزيع المكاني لمصادر المياه في الجابية على مستوى الجابيات الثانوية حيث يوشر الشكل إن الأراضي العراقية ذات إنتاج اعلى من السيح السطحي حيث يبلغ بحدود 67% من مجموع المياه الواردة لمنخفض الشويجة.  أيضا تم تحديد مصادر الرسوبيات على عموم الجابية و اتضح إن تلك الرسوبيات مرتبطة بشكل مباشر بالذروات الفيضانية حيث بلغت اعلى كمية ترسبات داخلة لمنخفض الشويجة بحدود 10 مليون طن في يوم 29-1-2013 كما مبين في الشكل رقم 4.

أخيرا فان من الأفضل خزن المياه في المناطق الحدودية قبل دخولها لمنخفض الشويجة و إيجاد طرق بديلة للتخلص من الرسوبيات قبل الخزن في الخزانات المقترحة لان طبيعة التربة في منخفض الشويجة تفسد نوعية المياه خلال فترة وجيزة إضافة إلى فقدان جزء كبير منها بالتبخر و الرشح كونها خزان مسطح ذو أعماق ضحلة.

شكل 3: السيح السطحي المنمذج الوارد لمنخفض الشويجة.

الشكل 4: الرسوبيات المنمذجة الواردة منخفض الشويجة.

تعتبر الجابية ذات إنتاجية عالية للترسبات كون اغلب الأراضي جرداء و خالية من الغطاء النباتي الممسك بالتربة التي تجرفها السيول حيث تبلغ نسبة الأراضي الجرداء و العشبيات الصغيرة 43% و 28% على التوالي من المساحة الكلية للجابية و تركزت مصادر الرسوبيات على المناطق ذات الانحدارات الشديدة و الخالية من الغطاء النباتي كما مبين في الشكل 6.

شكل 5: التوزيع المكاني لمصادر المياه في جابية منخفض الشويجة.

                  شكل 6: التوزيع المكاني لمصادر الرسوبيات في جابية منخفض الشويجة.

1. الاستنتاجات:

من خلال النتائج التي تم استعراضها يتضح إن جابية الشويجة هي جابية كبيرة و ممكن اعتبارها كمصدر للمياه للمناطق الحدودية في محافظتي ديالى و واسط. إضافة إلى إن الجابية ذات إنتاجية عالية من الرسوبيات كون أراضيها قليلة الغطاء النباتي الممسك بالتربة لذلك يتوجب انتقاء أماكن بعناية في حالة التفكير في الخزن في المناطق الحدودية. توصي الدراسة بضرورة نصب مقاييس لكمية و نوعية المياه على الوديان المذكورة و في منخفض الشويجة لكي يتم اعتمادها كسجل و ضرورة في معايرة النماذج الرياضية في حال اتخاذ قرار إنشاء مشاريع اروائية في المستقبل.

 

2. المصادر:

Arnold, J. G., R. Srinivasan, R. S. Muttiah, and J. R. Williams., (1998). Large area hydrologic modeling and assessment part I: Model development, J. Am. Water Resour. Assoc., 34(1), 73–89.

Chen L. (2014). 30-meter global land cover dataset (global land 30). http://www.globallandcover.com/GLC30Download/index.aspx.

Farr T. G., Rosen P. A., Caro E., Crippen R., Duren R., Hensley S., Kobrick M., Paller M., Rodriguez E., Roth L., Seal D., Shaffer S., Shimada J., Umland J., Werner M., Oskin M., Burbank D. & Douglas Alsdorf. (2007). The shuttle radar topography mission. http://www.geol.ucsb.edu/faculty/burbank/Site/Publications_files/Farr%20et%20al%20SRTM%20RoG2007.pdf.

Food and Agriculture Organization (FAO). (1995). The Digital Soil Map of the World and Derived Soil Properties. http://www.fao.org/soils-portal/soil-survey/soil-maps-and-databases/faounesco-soil-map-of-the-world/en/.

Fuka D. R., Walter M. T., MacAlister C., Degaetano A. T., Steenhuis T. S. & Easton Z. M. (2013). Using the climate forecast system reanalysis as weather input data for watershed models. Hydrlologic processes. 2013. DOI:10.1002/hyp.10073.

Gassman, P. W., M. R. Reyes, C. H. Green, and J. G. Arnold., (2007). The soil and water assessment tool: Historical development, applications, and future research directions, Trans. ASABE, 50, 1211–1250.

Issar M. Al-Shamaa ,and Batool Mohammad Ali., (2012). HYROLOGICAL RELATIONSHIP BETWEEN SURFACE AND GROUNDWATER IN BADRA – JASSAN BASIN. Iraqi Journal for Sciences, Issue 2, Page 335-340. Arabic Language.

Jarihania A. A., Callowb J. N., McVicarc T. R., Van Nield T. G. & J. R. Larsen., (2015). Satellite-derived Digital Elevation Model (DEM) selection, preparation and correction for hydrodynamic modelling in large, low-gradient and data-sparse catchments. Journal of Hydrology 524 (2015) 489–506.

Ma, L., J. C. Ascough II, L. R. Ahuja, M. J. Shaffer, J. D. Hanson, and K. W. Rojas. 2000. Root Zone Water Quality Model sensitivity analysis using Monte Carlo simulation. Trans. ASAE 43(4): 883-895.

Masih, I., Ahmad, M.-u.-D., Uhlenbrook, S., Turral, H., Karimi, P., (2009). Analyzing stream flow variability and water allocation for sustainable management of water resources in the semi-arid Karkheh river basin, Iran. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C 34, 329e340.

Neitsch, S.L., Arnold, J., Kiniry, J., Williams, J., (2011). Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation Version 2009. Texas A&M University System, College Station, TX, USA.

Neitsch, S.L.; Arnold, J.G.; Kiniry, J.R.; Srinivansan, R.; Williams, J.R., (2000). Soil and Water Assessment Tool: User’s Manual; Grassland, Soil and Water Research Laboratory, Agricultural Research Service: Temple, TX, USA, 2000.

Rouholahnejad, E., K. C. Abbaspour, R. Srinivasan, V. Bacu, and A. Lehmann., (2014). Water resources of the Black Sea Basin at high spatial and temporal resolution, Water Resour. Res., 50, 5866–5885, doi: 10.1002/ 2013WR014132.

Sarteel Hamid AL-Shammary., (2008). Hydrology of Galal Basin-Wasit-East Iraq, PhD thesis, University of Baghdad College of Science.