أولاً: المقدمة

يُعد تحليل المخاطر أمرًا حيويًا في إدارة جودة المياه وحمايتها من الضغوطات المجهولة والمتطورة على توافر موارد المياه وجودتها من المصادر البشرية والطبيعية. إن خصوصية وأهمية إجراء مزيد من التحليل للعوامل التي تؤثر على جودة مصادر المياه هي الحاجة إلى نهج أكثر تعقيدًا يمكن أن يغطي مجموعة واسعة من العوامل ويقدم شرحًا شاملاً للظاهرة. تسعى هذه الورقة إلى مراجعة منهجية للأدبيات الحالية حول تقييم المخاطر المتكامل لإدارة جودة المياه في حوض نهر دانجيانغكو (DJKRB). يُعد حوض نهر دانجيانغكو مصدر المياه للمسار الأوسط لمشروع تحويل المياه من الجنوب إلى الشمال في الصين (MRSNWDPC)، وهو أطول مشروع لتحويل المياه بين الأحواض في العالم، وبالتالي فإن جودة مياهه حيوية لرفاهية أكثر من 100 مليون شخص. ستفحص هذه المراجعة الموضوعات والنهج البارزة، والمواقف المشتركة، والتناقضات المحددة، وتطور المنطقة، والتأملات الهامة حول القضية المطروحة.

ثانياً: الموضوعات الرئيسية في تقييم المخاطر المتكامل لجودة المياه

تدور الموضوعات الرئيسية المنبثقة من الأدبيات حول تقييم المخاطر المتكامل لجودة المياه حول ثلاثة مجالات رئيسية: جودة المياه وكيفية تأثيرها على السطح، ومعايير سبب التغير في جودة المياه، والطرق المستخدمة في تقييم المخاطر.

• تقييم جودة المياه: يُعد مؤشر جودة المياه (WQI) أحد أهم المؤشرات المستخدمة لتقييم جودة المياه. يقوم مؤشر جودة المياه بتجميع جميع الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للمسطحات المائية في تقدير واحد. ميزة هذا النهج أنه يشتمل على جميع بيانات جودة المياه بحيث يكون التحليل والتفسير سهلاً نسبيًا مقارنة بالنهج الوحدوية التي تسعى إلى تحديد حالة معلمة واحدة مقابل معيار معين. تم استخدام طريقة مؤشر جودة المياه هذه منذ عام 1960 وتم تعديلها لاحقًا فيما يتعلق بالأوزان المرنة.
• العوامل الدافعة لتغير جودة المياه: يشير العلماء إلى أن الإنسان يلعب دورًا رائدًا في تلوث المياه السطحية. تم تحديد مصادر التلوث داخل الحوض على أنها استخدام الأراضي المبنية والزراعة. بالتفصيل، تكشف ميزات تلوث المياه أن الأراضي المبنية تعزز تحميل المغذيات. كما تساهم مياه الري الزراعي والصناعة في التلوث أيضًا. تؤثر الخصائص غير المناخية مثل هطول الأمطار والتعرض لأشعة الشمس على جودة المياه أيضًا، ولكن تم اكتشاف أن الأنشطة التي يتأثر بها الإنسان لها تأثير أقوى على اتجاهات جودة المياه في حوض نهر دانجيانغكو.
• أطر تقييم المخاطر: أشار العلماء إلى أن هناك حاجة إلى دمج تحليل مصادر المخاطر الداخلية والخارجية داخل المناطق وعبر الحدود. يتم حساب إنتروبيا النقل (TE) للتحقيق في إنتروبيا تدفق المعلومات الاتجاهية بين عدة أنظمة مع تطبيق في الحصول على تأثير الروافد على الخزان الذي يتم التحقيق فيه. الطريقة الرئيسية الأخرى هي تحليل مجموعة الأزواج (SPA)، والتي تشكل رابطًا بين المؤشرات والمعايير الفعلية من أجل إنشاء نهج موضوعي لتقييم عوامل الخطر. تُعد طريقة تحليل مجموعة الأزواج أكثر فائدة من الطريقة الكمية مثل طريقة التسلسل الهرمي التحليلي (AHP) وطريقة النماذج العددية (NM) لأنها تتجنب الصعوبات في تحديد معايير النموذج في الظروف الحقيقية.

ثالثاً: المنهجيات المستخدمة في الدراسات

تشمل المفاهيم المطبقة في تحليل حوض نهر دانجيانغكو ما يلي: جمع البيانات الدقيق، والتحليلات الإحصائية المناسبة، واستخدام نظرية المعلومات، بالإضافة إلى تحليل مجموعة الأزواج.

• جمع البيانات وأخذ العينات: تم أخذ عينات مياه شهرية أيضًا من 47 موقع مراقبة تمثل أنظمة الأنهار في حوض نهر دانجيانغكو من عام 2020 إلى عام 2022. تم اختيار هذه المواقع لتوفير تغطية للمنطقة الكاملة للحوض وشملت جميع متغيرات جودة المياه. تم رصد تسعة مؤشرات لجودة المياه: درجة حرارة الماء، ودرجة الحموضة، والأكسجين المذاب، ومؤشر برمنجنات، والطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي لمدة خمسة أيام، ونيتروجين الأمونيا، والفوسفور الكلي، والنيتروجين الكلي، وتركيز أيون الفلوريد.
• التقنيات الإحصائية: نظرًا لأن تباينه كان غير متساوٍ، تم استخدام اختبار كروسكال واليس للتحقق من الاختلافات المكانية والزمانية في البيانات. تم تحليل اتجاهات بيانات أخذ العينات من خلال تطبيق طريقة مان كيندال (M-K). حدد اختبار مانتل الارتباط بين العوامل المؤثرة المحتملة بالإضافة إلى مؤشرات جودة المياه واختبر ما إذا كان يمكن تجميع مؤشرات جودة المياه اعتمادًا على خصائصها. تم استخدام ارتباط بيرسون أيضًا لقياس التأثير الذي يتدفق بين المؤشرات المؤثرة.
• نظرية المعلومات وتحليل مجموعة الأزواج: للتعبير عن عدم اليقين في مؤشرات جودة المياه، تم استخدام إنتروبيا شانون. تم استخدام تحليل إنتروبيا النقل (TE) لتقييم كيفية تأثير التغيرات في جودة المياه في الروافد على حوض نهر دانجيانغكو. في هذه الورقة، تم استخدام طريقة تحليل مجموعة الأزواج الشاملة (SPA) لتحديد درجة الاتصال، ومناقشة الهوية والمعارضة والاختلاف بين مجموعتين مترابطتين في أنظمة غير مؤكدة. تضمن ذلك وضع معيار يعتمد على الإصدار الوطني والمحلي، والتنمية الإقليمية، وتوافر المؤشرات.

رابعاً: نقاط الاتفاق والنقاش والفجوات في البحث

تُظهر الأدبيات مجالات واضحة للاتفاق وتكشف عن ثغرات تتطلب مزيدًا من البحث.

• نقاط الاتفاق: نادرًا ما يتم التشكيك في فهم مدى مشاركة الإنسان فيما يتعلق بالتأثيرات التي تؤدي إلى تلوث المياه، خاصةً بسبب الأراضي المبنية والزراعة. كما أنه من المقبول جيدًا بسبب الموثوقية والبساطة في شرح مؤشر جودة المياه كأداة لتقييم جودة المياه.
• النقاش: لا توجد مناقشات في المصدر المقدم (Aiken, 2006; Aiken & Veitch, 1986; Hargrove & Kopec, 1988; Lindberg & Runnalls, 1984)؛ ومع ذلك، ينص المصدر صراحةً على أن تأثير العوامل الجوية على جودة المياه يمكن أن يكون مختلفًا إذا تم اعتباره على مستويات مختلفة من البحث. لكنه شدد على أن جودة المياه في حوض نهر دانجيانغكو تتأثر بشكل كبير ومهيمن بالأنشطة البشرية.
• الفجوات في البحث: ركزت الدراسات السابقة غالبًا على مؤشرات محددة لجودة المياه أو مناطق محددة، وتفتقر إلى منظور شامل على مستوى الحوض. هناك حاجة إلى مزيد من البحث في آليات تغيرات جودة المياه على نطاق أدق، والتي يمكن دعمها بنماذج الآلية. هناك حاجة أيضًا إلى المزيد من سلاسل المراقبة طويلة المدى والتجارب في الموقع لتعزيز الفهم وتحسين دقة التنبؤ.

خامساً: التطور في المجال بمرور الوقت

كان تحليل جودة المياه مجالًا ديناميكيًا خاصة فيما يتعلق بمؤشر جودة المياه، وتطبيق نظرية المعلومات، وتحليل مجموعة الأزواج.

• تطور مؤشر جودة المياه: قام مؤشر جودة المياه بتحسين طريقة حسابه منذ الستينيات ومر ببعض التغييرات. تمت إعادة تصميم مؤشر جودة المياه وتعديله وضبطه بدقة لبيئات مختلفة ونوع التقييم المطلوب بما في ذلك المرونة في اختلافات الوزن. من خلاله، يقدمون تقييمًا عامًا لمؤشر جودة المياه يمنحه فائدة أكبر لأولئك الذين يسعون إلى قياس حالة جودة المياه، مع أهمية خاصة في غرضه كأداة للتواصل الشعبي وإدارة موارد المياه.
• تكامل نظرية المعلومات: تم استخدام إنتروبيا النقل لوصف تبادل المعلومات في أنظمة الأنهار ضمن تطبيق نظرية المعلومات. جعل هذا من الممكن تحليل تدفق المعلومات أحادي الاتجاه على سبيل المثال تأثير رافد على الخزان. يشير هذا إلى تقدم كبير في القدرة على نمذجة النظام ككل وكيف تتغير جودة المياه من حوض إلى آخر.
• تطبيق تحليل مجموعة الأزواج: منذ إنشائه وتطويره، تم تطبيق استخدام وعملية تحليل مجموعة الأزواج (SPA) في تقييم المخاطر، مما يوفر تطبيقات عملية بالإضافة إلى تطبيقات إعلامية لتقديرات المخاطر وتحليل عوامل الخطر المعنية. يدعم تحليل مجموعة الأزواج الكامل المستخدم بشكل أكثر دقة في دراسة حوض نهر دانجيانغكو صحة وتغطية هذا النهج.

سادساً: الرؤى النقدية والمواءمة السياقية

تقدم الدراسة نتائج مهمة تتناسب مع الفهم العام لجودة المياه وتحليلات المخاطر.

• النهج المتكامل: تقدم هذه الدراسة أيضًا إطارًا متكاملاً لمؤشر جودة المياه ونظرية المعلومات وتحليل مجموعة الأزواج لإنشاء نموذج تقييم وإدارة مخاطر لجودة المياه. هذا النهج المتكامل حيوي لإدارة وحل المشكلات متعددة الأوجه المتعلقة بقضايا جودة المياه لأن الطريقة تدمج تقييم جودة المياه مع تحقيق في العملية التي تؤدي إلى التغييرات وتقييم المخاطر المعنية.
• المنهجية القائمة على البيانات: يقدم الإطار المقترح شكلاً جديدًا من أشكال تقييم المخاطر يكون فعالاً وبسيطًا لأولئك المهرة في التحليل التجريبي لبيانات الانبعاثات وكذلك لصانعي السياسات الذين قد لا يفهمون بالضرورة التفاصيل الفنية لبيانات ملوثات EWY. سيعزز هذا التمديد ومشاركة المستخدمين في تعزيز القدرات على الجودة الشاملة للمياه.
• المواءمة السياقية: يتوافق نهج تقييم المخاطر المتكامل مع الحاجة الراسخة لتقييم الحالة الراهنة لجودة المياه وأيضًا القوى التي تسبب تغيرات في جودة المياه الضرورية لإدارة المياه. يكمل البحث المفهوم المتزايد للمساعي البشرية، بما في ذلك استخدام الأراضي المبنية، واستخدام المياه الزراعية، والعمليات الصناعية باعتبارها مسؤولة بشكل أساسي عن استنفاد موارد المياه. بناءً على هذه الدراسة، يجب إعطاء الأولوية للأحواض الفرعية التي تحتاج إلى مكافحة التلوث لحماية مصادر المياه.

سابعاً: الخاتمة

تهدف هذه الورقة إلى مراجعة الأدبيات في محاولة لتحقيق هدفين يشملان ما يلي: أولاً، تهدف هذه الورقة إلى إثبات أن تقييم المخاطر الفردي غير كافٍ لإدارة جودة المياه، ومن هنا تأتي الدعوة إلى تقييم المخاطر المتكامل في إدارة حوض نهر دانجيانغكو. من الدراسة، يتضح أن حوض نهر دانجيانغكو يتمتع بجودة مياه جيدة ومستقرة، بعضها مرتبط بالأنشطة البشرية للأراضي المبنية والتلوث الزراعي غير النقطي. يُظهر تطبيق مؤشر جودة المياه ونظرية المعلومات وتحليل مجموعة الأزواج بوضوح أن هناك حلاً جديدًا وشاملًا لتقدير مخاطر جودة المياه. ومع ذلك، لا يوجد عمل سابق متاح يوفر تحليلاً متكاملاً لحالة ومخاطر جودة المياه في حوض نهر دانجيانغكو للمساعدة في إدارة موارد المياه بشكل فعال وكفء. يجب توجيه المزيد من العمل نحو فحص أكثر تفصيلاً للتغيرات في جودة المياه وإلى مزيد من التطوير للسجلات الموسعة. وبالتالي، فإن الإطار المتكامل المقدم في هذه الدراسة سيكون مفيدًا في جدولة قرارات إدارة موارد المياه الأخرى في الأحواض التي تم تحليلها والأحواض المماثلة في جميع أنحاء العالم.

(Zhang et al., 2023)

المراجع:

Zhang, C., Nong, X., Shao, D., & Chen, L. (2023). An integrated risk assessment framework using information theory-based coupling methods for basin-scale water quality management: A case study in the Danjiangkou Reservoir Basin, China. Science of the Total Environment, 884. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163731

تقييم مخاطر جودة المياه المتكامل في حوض خزان دانجيانغكو

1. باختصار، ما هو حوض خزان دانجيانغكو (DJKRB) ولماذا تعتبر جودة المياه في هذا الحوض مهمة؟

خزان دانجيانغكو (DJKR) هو ثاني أكبر خزان في الصين ويزود المياه لمشروع تحويل المياه من الجنوب إلى الشمال في الصين (MRSNWDPC) ، والذي ينقل المياه من جنوب الصين إلى شمالها. يوفر هذا المشروع المياه لأكثر من عشرات الملايين من الناس، مما يجعل جودة المياه في حوض خزان دانجيانغكو أمرًا حيويًا لصحة الإنسان ومجموعة كبيرة من النباتات والحيوانات التي تعيش في هذه المنطقة الفريدة التي تزيد مساحتها عن 92500 كيلومتر مربع. تظهر الحاجة إلى تحسين جودة المياه والحفاظ عليها في هذا الحوض في ضوء إمدادات مياه الشرب الآمنة، وإدارة استخدامات المياه الزراعية والصناعية، فضلاً عن الحفاظ على التوازن الدقيق للنظم البيئية.

2. ما هي مؤشرات جودة المياه التي تم رصدها في دراسة حوض خزان دانجيانغكو؟

تم قياس تسعة مؤشرات لجودة المياه شهريًا عبر 47 موقعًا في حوض خزان دانجيانغكو بين عامي 2020 و 2022. وشملت هذه: درجة حرارة الماء (WT) ، ودرجة الحموضة (pH) ، والأكسجين المذاب (DO) ، ومؤشر برمنجنات (CODMn) ، والطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي لمدة خمسة أيام (BOD5) ، ونيتروجين الأمونيا (NH3-N) ، والفوسفور الكلي (TP) ، والنيتروجين الكلي (TN) ، والفلورايد (F-). تعطي هذه المؤشرات صورة واضحة وعامة عن الجودة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للمياه.

3. ما هو مؤشر جودة المياه (WQI) وكيف تم استخدامه في هذه الدراسة؟

مؤشر جودة المياه (WQI) هو مؤشر واحد مشتق من مؤشرات جودة المياه المختلفة التي تصف جودة جسم مائي. في هذا البحث، تم حساب مؤشر جودة المياه لكل موقع أخذ عينات مع مراعاة المؤشرات التي تم الحصول عليها. ثم تم تصنيف قيم مؤشر جودة المياه إلى خمس درجات: يتراوح من ممتاز (81-100) ، جيد (61-80) ، متوسط (41-60) ، منخفض (21-40) ، وسيء (0-20). سهل هذا حساب حالة جودة المياه في حوض خزان دانجيانغكو في مواقع مختلفة وكذلك خلال الفترة الزمنية المحددة بشكل شامل وكان من السهل تحقيق فهم مركزي. يفيد مؤشر جودة المياه في مساعدة كل من المحترفين وغير المحترفين على الحصول على تلميح حول جودة المياه.

4. ما هي النتائج الرئيسية فيما يتعلق بجودة المياه في حوض خزان دانجيانغكو؟

وبالتالي، تم إثبات أن المياه في حوض خزان دانجيانغكو ذات جودة مرضية، في الغالب "جيدة" و "ممتازة" في مجموعة من الجوانب والمؤشرات خلال فترة الرصد. ولكن، لوحظت اتجاهات طولية وعرضية غريبة لعدد قليل من الروافد التي تحتوي على مؤشر جودة مياه أقل من الروافد الأخرى. على وجه الخصوص، حافظ رافد شيندينغهي (SDH) على أدنى قيمة لمؤشر جودة المياه وكان يتراوح أحيانًا على أنه "متوسط". أشارت درجات حرارة المتوسط اليومي إلى اتجاه عام لتحسين جودة المياه في الصيف على الرغم من أنه كان أدنى موسم لجودة المياه، وكان الشتاء هو ثاني أسوأ جودة تليها جودة الخريف والربيع. تم تحديد الجودة الكيميائية للمياه على أنها ثابتة إلى حد ما في جميع الأنحاء.

5. ما هي إنتروبيا النقل (TE) وكيف تم استخدامها في هذه الدراسة؟

إنتروبيا النقل (TE) هي ميزة نظرية معلومات تقدر كمية تدفق المعلومات من مصدر إلى نظام مستهدف. في هذه الدراسة، تم استخدام إنتروبيا النقل لتقييم تأثير التغيرات في جودة المياه في الروافد على جودة المياه في خزان دانجيانغكو. مكّن هذا الباحثين من تحديد الروافد التي تساهم بشكل أكبر في جودة المياه الإجمالية للخزان.

6. ما هي العوامل الدافعة التي تم تحديدها على أنها الأكثر تأثيرًا في جودة مياه حوض خزان دانجيانغكو؟

وبالتالي، حددت الدراسة عدة عوامل تؤثر على جودة المياه في حوض خزان دانجيانغكو. تم التأكيد على أن الكميات الأكبر من استخدام الأراضي المبنية واستهلاك المياه الزراعية كانت من أعلى العوامل المساهمة في زيادة حمولة المغذيات في الأنهار. تم اختبار متغيرات مهمة أخرى أيضًا، بما في ذلك الناتج المحلي الإجمالي، وسحب المياه الصناعية، ومساحة أراضي الغابات، أو الكثافة السكانية. تم العثور أيضًا على عوامل أخرى مثل هطول الأمطار وساعات النهار لها تأثير (وإن كان أقل) على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمياه. في هذه الحالة، أشار تحليل النتائج إلى أن الظروف البشرية مثل استخدام الأراضي والتنمية الاقتصادية المقابلة تلعب دورًا أكبر من الظروف الجوية.

7. ما هو تحليل مجموعة الأزواج (SPA) وكيف تم دمجها في إطار تقييم المخاطر؟

تحليل مجموعة الأزواج (SPA) هو نهج مناقشة يستخدم لتقييم العلاقة بين مجموعتين من حيث الهوية والمعارضة والاختلاف. استخدمت هذه الدراسة طريقة تحليل مجموعة الأزواج الشاملة من أجل فحص مخاطر جودة المياه على مستوى الحوض الفرعي. تم استخدام كل من إنتروبيا النقل وتحليل مجموعة الأزواج، والتي تدمج ظروف جودة المياه المحلية وتأثيرات الأحواض الفرعية على الخزان الرئيسي في نموذج تقييم المخاطر المحسن. مكّن هذا النهج من تقييم مستويات مخاطر الأحواض الفرعية حيث تم تحديدها متوافقة مع مستوى تدهور جودة المياه المحتمل لخزان دانجيانغكو المصنف من المستوى 1 إلى المستوى 5.

8. ما هي النتائج الرئيسية لتقييم المخاطر وما هي الآثار الإدارية؟

أشار تقييم المخاطر إلى أن ما يقرب من خمسين بالمائة من الأحواض الفرعية في حوض خزان دانجيانغكو لديها مستوى مخاطر منخفض نسبيًا؛ ومع ذلك، فإن بعض الأحواض الفرعية لديها مستويات مخاطر أعلى من حيث تدهور جودة المياه، وخاصة الأحواض الفرعية المحيطة بالقرب من نقطة إمداد المياه لمشروع تحويل المياه من الجنوب إلى الشمال في الصين، مثل لاوجوانخه وتشيه ولانغخه. لذلك من المهم أن تركز جهود إدارة التلوث في هذه المناطق لتحسين إمدادات المياه ذات الجودة الجيدة لمشروع تحويل المياه من الجنوب إلى الشمال في الصين ومستهلكيها. قدمت الدراسة كذلك إطارًا متكاملاً يمكن تطبيقه بسهولة من قبل الممارسين وكذلك عامة الناس في تقييم جودة المياه على نطاق الحوض وأيضًا للإشارة إلى المناطق عالية المخاطر للإدارة، وبالتالي، إظهار طريقة فعالة لنهج إدارة مخاطر جودة المياه القائم على البيانات.