مقالة مراجعة

تقييم تأثيرات تغيرات استخدام الأراضي والغطاء الأرضي والتوسع الحضري على الإجهاد المائي في أحواض تصريف المياه بغرب أفريقيا: مراجعة منهجية منظمة

0 مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/72287

⸱

سبتمبر 25, 2026

 ,  ,  ,  , 
1Digital Research and Expertise Unit (Unité de Recherche et d'Expertise Numérique), Virtual University of Côte d’Ivoire (Université Virtuelle de Côte d’Ivoire), 2VM Group Multiservices

في هذه المقالة

ملخص

تقارن هذه المراجعة بشكل منهجي التقنيات التجريبية الرئيسية المستخدمة لتقييم آثار تغيرات استخدام الأراضي والغطاء الأرضي والتحضر على الإجهاد المائي في أحواض تصريف المياه في غرب أفريقيا، مع تحديد عدد مرات تطبيق كل تقنية، ومقاييس الأداء التي تم الإبلاغ عنها، وكيفية توزيع الأدلة عبر الدول.

الملخص

يعد الإجهاد المائي أحد القيود البيئية والاجتماعية والاقتصادية الرئيسية في غرب أفريقيا، حيث يؤدي النمو السكاني، والتوسع الزراعي، وتغطية التربة، والتقلبات الهيدرومناخية، والضغط المتزايد على المياه السطحية والجوفية إلى تحويل وظائف أحواض التصريف المائي بسرعة. ويتطلب تقييم آثار تغيرات استخدام الأراضي والغطاء الأرضي (LULC) والتوسع الحضري مناهج منهجية تربط الديناميكيات المكانية للمناظر الطبيعية بالاستجابات الهيدرولوجية المرصودة أو المحاكات. تقدم هذه المراجعة تحليلاً مقارناً ونقدياً للتقنيات الرئيسية المستخدمة في المنطقة: أحواض التصريف المجهزة بالأجهزة والملاحظات الميدانية، والتجارب الميدانية والمخبرية المضبطة، والاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية والتحليل متعدد الفترات الزمنية، والأساليب الموجهة نحو المياه الجوفية، والنمذجة الهيدرولوجية المفاهيمية وشبه الموزعة والقائمة على الأسس الفيزيائية والمتكاملة بين السطح وباطن الأرض، والنهج الإحصائية والتعلم الآلي، والطرق الهجينة التي تربط سيناريوهات استخدام الأراضي والمناخ. اتبعت عملية البحث والاختيار بروتوكولاً شفافاً قائماً على PRISMA وأسفرت عن إدراج 51 سجلاً، منها 35 سجلاً ترتكز في غرب أفريقيا. وتهيمن النمذجة الهيدرولوجية القائمة على الاستشعار عن بعد على هذه المجموعة، حيث تمثل 15 من أصل 35 سجلاً في غرب أفريقيا (43%)، لا سيما باستخدام SWAT وACRU وWaSiM وCEQUEAU وSHETRAN وHydroGeoSphere وParFlow-CLM؛ وتتراوح قيم كفاءة Nash-Sutcliffe (NSE)، وكفاءة Kling-Gupta (KGE)، ومعامل التحديد المبلغ عنها عموماً من حوالي 0.6 إلى 0.9، وهي قيم مرضية إلى جيدة جداً وفقاً لإرشادات التقييم القياسية. وتمثل الدراسات الإحصائية ودراسات التعلم الآلي 8 من أصل 35 سجلاً، بينما تظل الدراسات التي تركز على المناطق الحضرية والمياه الجوفية نادرة. علاوة على ذلك، فإن 8 من أصل 35 سجلاً تنحدر من شبكة بحثية واحدة، لذا فإن العديد من الاستنتاجات الإقليمية تستند إلى قاعدة أدلة ضيقة وغير مستقلة جزئياً. تظل الشبكات الميدانية In situ ضرورية لفهم العمليات ولكنها مقيدة بالتكلفة وانخفاض الكثافة؛ بينما تعاني النهج القائمة كلياً على الأقمار الصناعية من الغطاء السحابي والالتباس الطيفي في المناطق شبه الرطبة. وتكمن التطورات الواعدة أكثر في الأطر متعددة المصادر ومتعددة المقاييس التي تجمع بين التجهيز بالأجهزة المستهدفة، والسلاسل الزمنية للأقمار الصناعية، والنمذجة الهيدرولوجية المتكاملة، والسيناريوهات الإقليمية، وتحليلات عدم اليقين المنهجية، والبناء المشترك مع الجهات الفاعلة في إدارة وتخطيط المياه.

المقدمة

تشهد غرب أفريقيا ضغوطاً متزايدة على مواردها المائية نتيجة التأثيرات المجتمعة لتقلب المناخ، والنمو السكاني، والتوسع الزراعي، والتوسع الحضري المتسارع، وتدهور النظم البيئية. وتبرز التشخيصات الإقليمية للمياه انخفاضاً في حصة الفرد من المياه المتاحة، مما أدى إلى تكثيف التنافس بين الاستخدامات المختلفة، وزيادة الحساسية تجاه الجفاف والفيضانات والظواهر الهيدروكليماتية المتطرفة1,2. وفي منطقتي الساحل والسودان، كانت المسارات الهيدرولوجية المرصودة على مدى العقود الأخيرة متناقضة في كثير من الأحيان؛ ففي العديد من الأحواض، زاد الجريان السطحي والفيضانات على الرغم من أن هطول الأمطار السنوي لم يرتفع بالوتيرة نفسها، مما جدد الاهتمام بدور تغير استخدام الأراضي وتحولات حالة السطح3,4. كما تشير الأعمال الحديثة إلى ارتفاع متزامن في درجات الحرارة وفي عدد الأيام الجافة في حوض بنوي العابر للحدود، مما يعزز الضغط الهيدروكليماتي على مستجمعات المياه في غرب أفريقيا5. وفي نيامي، أدى تطور هطول الأمطار المتطرف تحت التأثيرات المجتمعة لتغير المناخ والنمو السكاني السريع إلى زيادة ضعف الأحياء الأكثر عرضة للفيضانات6.

يُستخدم مصطلح الإجهاد المائي هنا بمعناه الواسع، ليشمل العجز في توافر المياه السطحية والجوفية، وانخفاض رطوبة التربة المتاحة للغطاء النباتي والزراعة، وزيادة الجريان السطحي السريع على حساب تغذية الخزانات الجوفية، وزيادة عدم انتظام تدفق المجاري المائية، والتوترات المتعلقة بالوصول إلى المياه وتقاسمها على مستوى الأحواض المائية. هذا التعريف الإجرائي مناسب بشكل خاص لغرب أفريقيا، حيث لا ترتبط الهشاشة بمتوسط الأحجام السنوية فحسب، بل ترتبط أيضاً بالموسمية الشديدة لهطول الأمطار، والطبيعة المتقطعة لشبكات الرصد، وانتشار الاقتصادات الزراعية الرعوية، والنمو السريع للمناطق الحضرية الطرفية2,3. كما تؤكد وجهة نظر تكميلية على كثافة ومرونة استخدامات المياه، والتي تتباين بشكل كبير بين الري، والاستخدامات المنزلية، والتخزين في الخزانات، وإنتاج الطاقة7. وبناءً على ذلك، أصبح إمداد المياه في المناطق الحضرية والأمن المائي للمدن الكبرى الساحلية وفي منطقة الساحل يشكلان مصدر قلق هيكلي متزايد للتخطيط الإقليمي.

يؤثر تغير استخدام الأراضي والغطاء الأرضي (LULC) على العمليات الهيدرولوجية من خلال عدة آليات: إزالة الغطاء النباتي أو تدهوره، وتوسع الأراضي المزروعة، ورص التربة، وتكون القشرة السطحية، وتطور الأسطح غير المنفذة، وتعديل الصرف الاصطناعي، وتجزئة الأراضي الرطبة، واضطراب التبادلات بين المياه السطحية والجوفية3,4,8,9. وفي السياقات الحضرية، يؤدي تزايد المناطق المبنية والطرق إلى تسريع تركيز الجريان السطحي، ومضاعفة ذروات الفيضانات، وتعديل عملية الرشح؛ أما في السياقات الريفية، فقد يؤدي توسع الأراضي الزراعية وإزالة الغابات إلى زيادة الجريان السطحي والتعرية والترسيب، بينما يقلل من التبخر والنتح أو تغذية المياه الجوفية اعتماداً على التربة والتضاريس3,4. ولا يمكن أن يعتمد التقييم الدقيق لهذه التأثيرات على مجموعة واحدة من الأدوات: إذ تعتمد الدراسات في غرب أفريقيا على الملاحظات الميدانية، والأحواض التجريبية، والاستشعار عن بعد، ونماذج هطول الأمطار والجريان السطحي المجمعة، والنماذج الموزعة والمتكاملة للسطح وما تحت السطح، وقياس الجاذبية عبر الأقمار الصناعية، والمقتفيات النظيرية للمياه الجوفية، وبشكل متزايد على الأساليب الإحصائية وطرق تعلم الآلة.

ومع ذلك، فإن القليل من الدراسات التركيبية تقارن صراحةً بين هذه النهج في سياق غرب أفريقيا مع التركيز على قدرتها على تشخيص الإجهاد المائي الناجم عن تغير استخدام الأراضي والغطاء النباتي (LULC) والتوسع الحضري، كما أن المراجعات الإقليمية الحالية نادراً ما تذكر بروتوكول بحث قابلاً للتكرار أو وصفاً كمياً للأدلة التي تلخصها10,11,12. لذا، تسعى المراجعة الحالية إلى تحقيق خمسة أهداف متكاملة: (1) تحديد التقنيات التجريبية الرئيسية المستخدمة لتقييم آثار تغير LULC والتوسع الحضري على الإجهاد المائي في أحواض تصريف المياه بغرب أفريقيا، وذلك من خلال بروتوكول شفاف يعتمد على معايير PRISMA13؛ (2) مقارنة مبادئ هذه التقنيات، وأدائها المسجل، ومتطلبات البيانات، ومحدداتها، باستخدام مؤشرات كمية (كفاءة Nash-Sutcliffe (NSE)؛ وكفاءة Kling-Gupta (KGE)؛ ومعامل التحديد R2؛ ودقة التصنيف الإجمالية؛ ومعامل كوهين كابا Cohen’s kappa)؛ (3) قياس توزيع قاعدة الأدلة حسب الدولة، والفترة الزمنية، والعائلة المنهجية، والمجموعة البحثية، وتحديد عدد المجموعات المستقلة التي تدعم كل استنتاج إقليمي؛ (4) مناقشة مدى ملاءمة كل عائلة منهجية فيما يتعلق بالمقاييس المكانية والزمانية وندرة البيانات؛ (5) اقتراح إطار عمل تشغيلي لاتخاذ القرار وتوجهات منهجية للأبحاث المستقبلية ودعم اتخاذ القرار. تم تنظيم المراجعة حول ثماني عائلات منهجية، يليها تحليل مقارن متعدد المعايير، وإطار عمل لاتخاذ القرار، ومناقشة للتحديات والفرص وأولويات البحث.

مراجعة ومنظور

منهجية المراجعة: بروتوكول البحث، والأهلية، والفحص

حكم بروتوكول منهجي قائم على معايير PRISMA عمليات التحديد والفحص والاختيار13. شملت عمليات البحث قواعد بيانات Scopus، وWeb of Science Core Collection، وScienceDirect، وWiley Online Library، وMDPI، وGoogle Scholar (أول 200 نتيجة مرتبة حسب الصلة)، ومستودعات HAL، وIRD/Horizon، وWASCAL، وFAO/AQUASTAT، وأرشيفات الجامعات الإقليمية، باللغتين الفرنسية والإنجليزية؛ كما تم فحص قوائم المراجع للسجلات المشمولة بحثاً عكسياً. تم تطبيق سلسلتين من معاملات البحث المنطقية (Boolean strings)، إحداهما موضوعية والأخرى موجهة نحو المنهجية؛ وتظهر كلتاهما بالكامل، مع التعديلات الخاصة بكل منصة ومخرجات كل مصدر، في الجدول 1. غطت الفترة الزمنية من عام 1979 إلى 2026، حيث أجري البحث الأولي في 12 يناير 2026 والتحديث النهائي في 17 أبريل 2026.

كانت السجلات مؤهلة فقط إذا استوفت جميع المعايير الأربعة التالية: أن تكون في حوض مائي في غرب أفريقيا، أو أن تكون الطريقة قابلة للنقل صراحةً إلى الظروف التي تعاني من نقص البيانات في غرب أفريقيا؛ أن يكون تناول تغير غطاء الأرض واستخداماتها (LULC) أو التوسع الحضري تناولاً صريحاً وليس عرضياً؛ أن تكون الطريقة موصفة بشكل قابل للتكرار، بما في ذلك مصادر البيانات، والنموذج، واستراتيجية المعايرة؛ وأن تكون الحالة إما مراجعة من قبل الأقران أو أدبيات رمادية يمكن تتبعها. تم استبعاد السجلات عندما كانت مفاهيمية بحتة، أو مقتصرة على جودة المياه أو البيئة، أو خارج المنطقة، أو تفتقر إلى محتوى منهجي قابل للنقل، أو غير متوفرة بنصها الكامل. تمت مراجعة العناوين والملخصات بشكل مستقل من قبل مؤلفين اثنين، مع قيام مؤلف ثالث بحل الخلافات. شمل الاستخراج كل من الحوض المائي والدولة، والمساحة، والفترة الزمنية، والعائلة المنهجية، والنموذج أو الخوارزمية، وبيانات الإدخال، ومتغيرات المعايرة والتحقق، والمقاييس المبلغ عنها، والتغيرات الهيدرولوجية، ومعالجة عدم اليقين. تظهر أعداد كل مرحلة في الشكل 1 والأدلة المستخرجة في الجدول 2. تم تجميع الدراسات في ثماني فئات تحليلية، حيث تم تعيين كل دراسة للعائلة التي قدمت المساهمة الرئيسية، مع تسجيل العائلات الثانوية بشكل منفصل لضمان عدم فقدان أي مساهمة.

الخصائص الكمية لقاعدة الأدلة

تتكون المجموعة من 51 سجلاً، منها 35 سجلاً تتركز في غرب أفريقيا، و16 مرجعاً منهجياً أو مقارناً من مناطق أخرى. ومن بين السجلات الـ 35، يتوزع التوزيع الجغرافي بشكل غير متكافئ: بنين 8 سجلات (23%)، بوركينا فاسو والنيجر 5 سجلات لكل منهما (14% لكل منهما)، السنغال 3 سجلات (9%)، غانا وكوت ديفوار سجلان لكل منهما (6% لكل منهما)، حوضا مونو وبنو العابران للحدود سجل واحد لكل منهما (3% لكل منهما)، و8 دراسات إقليمية (23%) بدون مرجع وطني. ولم تساهم مالي، غينيا، سيراليون، ليبيريا، توغو، وغامبيا بأي دراسة مخصصة لمجمعات المياه. وتعتبر المنشورات حديثة: حيث يسبق سجلان عام 2010، ويقع 9 سجلات بين عامي 2010 و2019، بينما يعود تاريخ 24 سجلاً (69%) إلى عام 2020 وما بعده (الجدول 3).

التوزيع حسب العائلة المنهجية، كما ورد في جدول 4، كما أنها غير متكافئة بالقدر ذاته: الإحصاء والتعلم الآلي 8 من أصل 35 (23%)، والنمذجة المفاهيمية وشبه الموزعة 7 (20%)، والنمذجة الموزعة والمتكاملة 5 (14%)، في الموقع الملاحظة 3 (9%)، والاستشعار عن بُعد كنهج أساسي 3 (9%)، وسلاسل السيناريوهات الهجينة 3 (9%)، والتوليفات الإقليمية 3 (9%)، والطرق الموجهة نحو المياه الجوفية 2 (6%). ومع احتساب المساهمات الثانوية أيضاً، يظهر الاستشعار عن بُعد في 20 سجلاً (57%) والنمذجة الهيدرولوجية في 15 سجلاً (43%)، وهو الاقتران الذي يشكل الركيزة المنهجية لهذا المجال.

تحدد ميزتان مدى قوة الاستنتاجات الإقليمية التي يمكن صياغتها. فالتجارب المنضبطة غائبة تقريبًا كنهج أساسي، حيث يوجد سجل واحد فقط يعتمد على القياس على نطاق القطعة التجريبية15، لذا فإن المعلمات الهيدروديناميكية في النماذج الموزعة يتم نقلها في الغالب بدلاً من قياسها محلياً. كما أن مجموعة الدراسات ليست مستقلة تماماً: حيث أن 8 سجلات (23%) تنشأ من شبكة واحدة مركزها جامعة بون وبرنامج WASCAL16,17,18,19,20,21,22,23، وبالتالي فإن التقارب بينها يعكس جزئياً البيانات المشتركة، وسلاسل النماذج، وتحديد المعلمات بدلاً من التكرار المستقل.

بتطبيق ذلك على الادعاءات الرئيسية، فإن النتيجة التي تشير إلى أن التوسع في الأراضي الزراعية وتدهور الغطاء النباتي يؤديان إلى زيادة الجريان السطحي وإنتاجية المياه مع تقليل النتح التبخيري أو مساهمة المياه الجوفية مدعومة بـ 6 دراسات18,20,24,25,26,27 موزعة على 4 دول و4 أنظمة تجميع مياه، ولكنها تعود لـ 3 مجموعات مستقلة تبادلياً فقط. أما الزيادة في الجريان السطحي في منطقة الساحل المرتبطة بتدهور الحالة السطحية فهي مدعومة بـ 3 مجموعات مستقلة3,4,15. وبالنسبة للادعاء بأن التوسع الحضري تحديداً هو الذي يقود التغير في الإجهاد المائي، فهو يستند إلى 3 سجلات6,28,29 من 3 مجموعات، تتركز جميعها في نيامي، ولذلك تم ذكره هنا كأمر محتمل ولكن بتكرار ضعيف.

In situ الملاحظات الميدانية وأحواض التصريف المجهزة بالأجهزة

تظل الملاحظة المباشرة هي الأساس الأكثر قوة لربط تحول المناظر الطبيعية بالإجهاد المائي. وقد أثبتت السلاسل الزمنية الطويلة في منطقة الساحل دور حالات السطح وتدهور التربة واتساع رقعة التربة العارية في الجريان السطحي السريع الملاحظ في عدة أحواض3,4. كما وثقت القياسات الرائدة في مناطق تجميع المياه الحضرية في نيامي في الستينيات وأواخر السبعينيات وصول معاملات الجريان السطحي إلى عدة عشرات في المائة، وأزمنة استجابة تقارب الساعة، وهو ما ارتبط بنفاذية السطح وشبكات الطرق وتنظيم الصرف28. أما في الأحواض الريفية والزراعية الرعوية، فتعمل أجهزة القياس بشكل أساسي على معايرة النماذج والتحقق من صحتها. وتوفر أحواض Dano وCouffo وOuémé وWhite Volta وBonsa بيانات حول هطول الأمطار ودرجة الحرارة ورطوبة التربة وتدفق المجاري المائية، وأحياناً بيانات المياه الجوفية لحسابات الموازنة المائية والشحن والجريان السطحي16,24,25,26,30، بينما يساهم التحليل المشترك لهطول الأمطار وتدفق المجاري المائية في شمال بنين في فصل التباين السنوي عن الاتجاهات طويلة المدى23. وفي المناطق التي تندر فيها أجهزة القياس، يعمل التحقق متعدد الأهداف من أداة تقييم التربة والمياه (SWAT) مقابل النتح التبخيري المستشعر عن بُعد ورطوبة التربة والتخزين المشتق من GRACE على تعزيز تقديرات الموازنة المائية وتقليل مشكلة التكافؤ النهائي21.

In situ تلتقط عمليات جمع البيانات في الموقع الاستجابات للأحداث، والعتبات، والموسمية، والفجوات الزمنية بين هطول الأمطار والجريان السطحي والتغذية الجوفية، بدلاً من الاعتماد على المؤشرات البديلة. وتتمثل قيودها في انخفاض كثافة الشبكة، وعدم تجانس البروتوكولات، وانقطاع السلاسل الزمنية، وتكاليف الصيانة، وصعوبة تعميم النتائج على أنظمة أكبر أو أنظمة عابرة للحدود. ومن بين 35 سجلاً في غرب أفريقيا، يعتمد 3 سجلات فقط (9%) بشكل أساسي على القياسات في الموقع، وهي قاعدة ضيقة لهذه الفئة التي تعتمد عليها جميع الفئات الأخرى لغرض التحقق من الصحة.

تجارب ميدانية ومختبرية مضبوطة

تعد التجارب المنضبطة أقل بروزاً من النمذجة، ولكنها أساسية لفهم الآليات. وهي تشمل اختبارات الارتشاح، وقياسات الكثافة الكتلية والاستقرار الهيكلي، والموصلية الهيدروليكية المشبعة، وقطع أراضي الجريان السطحي، والملاحظات المقارنة عبر القطع المزروعة، والأراضي البور، والسافانا، والتربة العارية، والأسطح الحضرية؛ ففي منطقة الساحل، تفسر هذه التجارب زيادات الجريان السطحي من خلال تكون القشرة السطحية، وفقدان الغطاء العشبي، وتركيز التدفق3,4. وتظهر القياسات المتداخلة من مستوى القطعة إلى مستوى الحوض في حوض صغير شبه قاحل في بوركينا فاسو أن معاملات الجريان السطحي تنخفض بشكل منهجي مع زيادة مقياس القياس، مما يحدد كمياً الاعتماد على المقياس الذي يحد من نقل نتائج القطع إلى نماذج مستجمعات المياه 15. وفي الهيدرولوجيا الحضرية، لا تزال الدراسات في غرب أفريقيا وصفية بدلاً من أن تكون تجريبية، حيث تعتمد على أجهزة قياس مرتبطة بأحداث عرضية بدلاً من الرصد المستمر، مما يضعف عزو التأثيرات المحددة للتوسع الحضري9,28. وتظهر الخبرات المكتسبة من الأحواض النامية التي خضعت لرصد مستمر في أماكن أخرى مدى تحسن العزو عندما يتم تصميم الرصد قبل التطوير وبعده منذ البداية31. تعزل مثل هذه التجارب العمليات وتسمح بوضع معلمات واقعية، ولكنها تظل مرتبطة بالموقع ويكون استخدامها أكثر فائدة عند دمجها مع الرصد المستمر والنمذجة.

الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية والتحليل متعدد الفترات الزمنية للغطاء الأرضي

يعد الاستشعار عن بُعد نقطة الدخول الأكثر شيوعًا لتحليل تغير استخدامات الأراضي والغطاء الأرضي (LULC)، حيث تدخل في 20 من أصل 35 سجلاً من غرب أفريقيا (57%). وتهيمن أقمار Landsat نظراً لعمقها الزمني وإمكانية الوصول المجاني إليها؛ بينما يعمل Sentinel-2 على تحسين تمييز الفئات، ويكمله رادار Sentinel-1، وMODIS، وALOS، ونماذج الارتفاعات الرقمية (DEMs) المشتقة، والطائرات المسيرة8,22,32. وتجمع سلاسل المعالجة بين التصحيح الغلافي الجوي، والتركيب الموسمي، والمؤشرات الطيفية، والتصنيف الموجه، وتقييم الدقة، وتحليل انتقال التغيير33، مع استبدال مصنفات الاحتمال الأقصى بخوارزميات الغابة العشوائية (random forest)، وآلات ناقلات الدعم (support vector machines)، والشبكات العميقة. وفي حوض السنغال، تم استخدام Landsat مع الغابة العشوائية ونموذج perceptron-Markov متعدد الطبقات للتنبؤ باستخدامات الأراضي المستقبلية في أحواض Bafing وFalémé32؛ أما في حوض Ouémé، فقد قام برنامج Land Change Modeler بقياس التحول نحو الأراضي الزراعية والمستوطنات22. وتعمل المنصات السحابية على تسريع معالجة السلاسل الزمنية8,12.

يمكن استخدام الجيل الثاني من المنتجات التشغيلية مباشرةً كقيد هيدرولوجي، ومع ذلك لا يزال استغلالها على المستوى الإقليمي دون المستوى المطلوب. توفر بوابة FAO WaPOR بيانات النتح التبخلي الفعلي في جميع أنحاء أفريقيا كل عشرة أيام بدقة مكانية تبلغ 250 و100 و30 م؛ وقد أظهر التحقق القاري مقابل أربع عشرة محطة لقياس التباين الدوامي قيمة إجمالية لـ R2 بلغت 0.61 وجذر متوسط مربع الخطأ قدره 1.04 mm d-1 34. وتوفر منتجات رطوبة التربة مثل SMAP وسجل مبادرة تغيير المناخ التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA Climate Change Initiative)، ومنتجات هطول الأمطار مثل CHIRPS وTAMSAT وIMERG، المتغيرات التكميلية اللازمة للتحقق متعدد المتغيرات35,36. واستخدم سجل واحد فقط من أصل 35 سجلاً منتج النتح التبخلي عبر الأقمار الصناعية كقيد للمعايرة21، وهو ما يمثل أوضح فرصة غير مستغلة تم تحديدها هنا.

تشمل القيود المعروفة الغطاء السحابي في موسم الأمطار في المناطق الغينية وشبه الرطبة، والالتباس الطيفي بين الأراضي البور، والسافانا المتدهورة، والمحاصيل، وصغر المساحة التي تشغلها المناطق الحضرية الثانوية. كما يتسم إعداد التقارير بعدم الاتساق: حيث تُعد الدقة الإجمالية التي تتراوح بين 80–90% ومعامل كابا لكوهين (Cohen’s kappa) الذي يبلغ حوالي 0.75–0.90 قيماً نموذجية في الدراسات الإقليمية المدرجة هنا، إلا أن مجموعة الدراسات تحتوي أيضاً على تحليلات للكشف عن التغيرات لا تذكر تقييماً للدقة، ونادراً ما يتم تفصيل دقة كل فئة على حدة بالنسبة للمناطق العمرانية والتربة العارية، وهي الفئات الأكثر أهمية لدراسة الإجهاد المائي الحضري. وتنتقل هذه الشكوك إلى تقديرات الجريان السطحي، والنتح التبخري، وإعادة الشحن، ولهذا السبب يُعد التحقق من صحة منتجات هطول الأمطار الشبكية خطوة إقليمية حاسمة35,36,37.

الطرق الموجهة نحو المياه الجوفية: قياس الجاذبية، والمتتبعات، ورسم خرائط التغذية

تدعم المياه الجوفية معظم إمدادات المياه الريفية وشبه الحضرية في غرب أفريقيا، ومع ذلك فهي المكون الأقل تمثيلاً؛ حيث أن 2 فقط من أصل 35 سجلاً تتخذها كهدف أساسي، ولا يزال الاعتماد على المعايرة بناءً على تدفق المجاري المائية وحده هو السائد. وتوجد ثلاث مجموعات من الطرق لمعالجة هذه الفجوة. تأتي قياسات الجاذبية عبر الأقمار الصناعية في المرتبة الأولى؛ حيث يوفر مشروع استعادة الجاذبية وتجربة المناخ (GRACE) ومهمته اللاحقة شذوذات شهرية لإجمالي تخزين المياه الأرضية بدقة تبلغ حوالي 300 km، ومن خلالها يتم عزل شذوذات المياه الجوفية عن طريق إزالة مكونات رطوبة التربة والمياه السطحية التي تم نمذجتها. وعند تطبيق ذلك على طبقات المياه الجوفية في جنوب النيجر، أسفر ذلك عن تقديرات لتغير التخزين والتغذية في المناطق التي تندر فيها السجلات البيزومترية38؛ وعند استخدامها بشكل عكسي، تحد الإشارة نفسها من مكونات توازن المياه الداخلي التي لا يمكن لتدفق المجاري المائية تحديدها21. ويحد عدم التطابق بين بصمة القياس وحوض التجميع من استخدام هذه الطريقة في الأحواض الكبيرة ما لم يتم تطبيق خفض المقياس (downscaling).

تشكل المتتبعات البيئية المجموعة الثانية: حيث تُميز النظائر المستقرة، وميزان كتلة الكلوريد، والتريتيوم أو الكربون المشع (في حال توفرهما)، بين التغذية المنتشرة عبر المقطع التربوي والتغذية المركزة عبر البرك والأودية الداخلية والمنخفضات الحضرية، وهو تمييز محوري في مفارقة منطقة الساحل وفي تقييم ما إذا كان التوسع الحضري يزيد أو يقلل من صافي التغذية؛ وتعتبر التصميمات المتكاملة التي تعتمد على النظائر والاستشعار عن بعد والنمذجة في الخزانات الجوفية الساحلية شبه القاحلة قابلة للتطبيق المباشر في المنطقة39. ثالثاً، يعد رسم خرائط التغذية الذي يجمع بين الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية الخيار الأقل طلباً للبيانات، ولكنه يعطي نتائج حول الإمكانات النسبية بدلاً من حجم التغذية الكمي، ويتطلب التحقق من صحته مقابل إنتاجية الآبار12. أما نماذج السطح وباطن الأرض المتكاملة فهي تحاكي التغذية بشكل صريح، ولكن بتكلفة أعلى بكثير27,29.

النمذجة الهيدرولوجية المفاهيمية وشبه الموزعة

تعد النمذجة الهيدرولوجية المسار الأكثر انتشاراً للربط بين ديناميكيات استخدام الأراضي والاستجابة الهيدرولوجية القابلة للقياس، حيث تمثل 15 من أصل 35 سجلاً (43%) عند تجميع كافة عائلات النماذج. توازن النماذج المفاهيمية وشبه الموزعة، مثل UHP وSWAT ونموذج وحدة أبحاث مستجمعات المياه الزراعية (ACRU)، بين وصف العمليات وجدوى المعايرة ومتطلبات البيانات، وتسمح باختبار سيناريوهات استخدام الأراضي والمناخ16,18,20,24,25,26,30,40. يتم الإبلاغ عن الأداء كما ورد في المصادر ويتم تفسيره وفقاً للإرشادات القياسية، والتي تعتبر كفاءة Nash-Sutcliffe (NSE) الشهرية التي تزيد عن 0.50 مرضية، والتي تزيد عن 0.65 جيدة، والتي تزيد عن 0.75 جيدة جداً، مع نسبة انحياز تقع ضمن ±25% لتدفق المجرى المائي14. وأظهر Cornelissen وآخرون في حوض استوائي في بنين أن اختيار النموذج في حد ذاته يعد مصدراً رئيسياً لعدم اليقين، وأن الأداء التاريخي الجيد لا يضمن محاكاة مستقبلية قوية16.

تحدد دراسات الحالة كمياً التغيرات المعنية. أظهر نموذج SWAT أن انخفاض الغطاء الطبيعي في منطقة White Volta أدى إلى خفض المياه السطحية وتدفق القاعدة مع زيادة التبخر والنتح24. وربط نموذج ACRU في منطقة تجميع مياه Bonsa فقدان الغابات بنسبة 39% تقريباً بزيادة في تدفق المجرى المائي تصل إلى 37%25. وفي منطقة Couffo بين عامي 2000 و2011، زادت الأراضي الزراعية بنسبة 34% بينما انخفضت السافانا والحراجة الزراعية والغابات بنسبة تتراوح بين 24% و60%، وارتفعت المياه السطحية بمقدار 11 mm، وانخفضت مساهمة المياه الجوفية والتبخر والنتح بمقدار 3.2 و10.6 mm26. وقد أدى ربط نموذج استخدام الأراضي بنموذج محاكاة الميزانية المائية (WaSiM) في الوديان الداخلية في بوركينا فاسو إلى ظهور تفاوت في نماذج المناخ يتراوح من -44% إلى +95% في إجمالي الجريان السطحي، وهو تفاوت أوسع من إشارة استخدام الأراضي نفسها20. تكمن قوة هذه الدراسات في التجريب العددي، وهو أمر مستحيل على مقياس مستجمع المياه. أما نقطة ضعفها فهي هيكلية: وتتمثل في تمثيل الوحدة الهيدرولوجية، وإقليمية المعاملات، وجودة نموذج الارتفاع الرقمي (DEM) وبيانات التربة، والتكافؤ النهائي للمعايرة17,30. وغالباً ما تفرض ندرة ملاحظات المياه الجوفية ورطوبة التربة إجراء المعايرة بناءً على تدفق المجرى المائي وحده، ومن بين دراسات النمذجة المجمعة في الجدول 2، تقوم أقلية فقط بالمعايرة مقابل أكثر من متغير واحد.

النمذجة المتكاملة والموزعة والقائمة على الخصائص الفيزيائية للأسطح وما تحت السطح

عندما يتجاوز الهدف تدفق المجرى المائي ليشمل السلوك المقترن للترشيح، ورطوبة التربة، ومنسوب المياه الجوفية، والجريان السطحي، والتدفقات الجانبية، تصبح النماذج المتكاملة والقائمة على الأسس الفيزيائية ذات صلة20,27,29. في منطقة Dano، تم معايرة والتحقق من صحة نموذج WaSiM بشكل مشترك بناءً على التصريف، ورطوبة التربة، ومنسوب المياه الجوفية، حيث تراوحت قيم R2 وNSE وكفاءة Kling-Gupta (KGE) بين 0.6 و0.9 لجميع المتغيرات الثلاثة، وهو أحد عمليات التحقق القليلة المتاحة للمنطقة والتي تشمل متغيرات متعددة حقاً18؛ بينما حقق نموذج SHETRAN في نفس حوض التجميع قيماً تتراوح من 0.66 إلى 0.79 للتصريف وحده19. أما نموذج HydroGeoSphere عالي الدقة الذي طُبق على حوض مائي حضري شبه جاف في Niamey، فقد تعامل مع التدفق السطحي وتحت السطحي كتدفقات مقترنة تماماً، وأظهر أن زيادة دقة النموذج المناخي لم تؤدِ بحد ذاتها إلى تحسين الأداء29.

في دلتا أويميه (Ouémé Delta)، قام نموذج ParFlow-CLM بتحليل الجريان السطحي، والنتح التبخلي، وعمق مستوى المياه الجوفية، ورطوبة التربة بشكل مشترك، مما وسع نطاق التقييم ليشمل متغيرات لا يمكن الوصول إليها باستخدام النماذج الأكثر بساطة27. وتتمثل الفائدة هنا في الاتساق الفيزيائي؛ بينما تتمثل التكلفة في بيانات الإدخال، والحوسبة، والمعايرة، والتفسير. تمثل هذه النماذج 5 من أصل 35 سجلاً (14%)، مع وجود إمكانات كبيرة في الأحواض التجريبية المجهزة بالأجهزة والمناطق الحضرية التي تخضع لضغوط هيدرولوجية قوية41.

النهج الإحصائية ونهج تعلم الآلة

تحتل المناهج الإحصائية مكانة متوسطة بين الملاحظة والنمذجة القائمة على العمليات، حيث تربط مقاييس المناظر الطبيعية أو فئات الغطاء النباتي بالمؤشرات الهيدرولوجية، وتكتشف نقاط الانكسار، وتُقدّر الاتجاهات؛ وفي أحواض التصريف في غرب أفريقيا، عادة ما تكون هذه المناهج مكملة للنماذج الهيدرولوجية وليست بديلة عنها42. يعمل تعلم الآلة على ثلاثة مستويات؛ الأول هو رسم خرائط الغطاء الأرضي، حيث تعمل خوارزميات الغابة العشوائية (random forest) والخوارزميات ذات الصلة على تحسين التصنيف وكشف التغيرات8,22,32. والثاني هو إعداد البيانات: وهو يشمل تعويض السلاسل الرصدية المفقودة باستخدام أشجار القرار، والغابات العشوائية، وتعزيز التدرج الشديد (extreme gradient boosting)43، والتقليص الإحصائي للمقاييس (statistical downscaling) لتوقعات الهطول44. أما المستوى الثالث، وهو التنبؤ الهيدرولوجي ذاته، فهو الأقل تطوراً على المستوى الإقليمي. تتفوق شبكات الذاكرة طويلة قصيرة المدى (LSTM) المدربة بشكل مشترك على عينات كبيرة من أحواض التصريف على النماذج المفاهيمية التي تمت معايرتها على الحوض المستهدف في عملية الإقليمية بأسلوب استبعاد عنصر واحد (leave-one-out regionalization)، مما يعيد صياغة التنبؤ في الأحواض غير المقاسة (PUB) كعملية تجميع للبيانات بدلاً من نقل المعلمات45؛ وقد تساوى نموذج LSTM العالمي من نوع (encoder-decoder) مع نظام تنبؤ معتمد أو تفوق عليه في أحواض التصريف غير المقاسة، مع تحقيق أكبر المكاسب في المناطق شحيحة البيانات بما في ذلك منطقة الساحل46. لا توجد دراسة في هذه المجموعة تطبق مثل هذه النماذج على حوض تصريف في غرب أفريقيا، مما يجعل تجارب LSTM وPUB الإقليمية على سجلات التصريف المجمعة لأنهار النيجر والفولتا والسنغال أولوية ملموسة، بشرط توفر مجموعة بيانات إقليمية مفتوحة لخصائص أحواض التصريف وسلاسل التصريف، وهو أمر غير متوفر حتى الآن. يتميز تعلم الآلة بالقدرة الجيدة على التعامل مع اللاخطية، والتفاعلات المعقدة، ودمج البيانات من مصادر متعددة، وهو فعال في التصنيف الحضري الدقيق. إلا أن قابليته للتفسير أقل من النماذج القائمة على العمليات، ويعتمد أداؤه على جودة بيانات التدريب، كما يظل استقراؤه في ظل التغيرات العميقة في استخدام الأراضي أو تغير المناخ غير مؤكد12.

النهج الهجينة وسيناريوهات استخدام الأراضي والمناخ المقترنة

يتمثل الاتجاه الأكثر بروزاً في العقد الماضي في التهجين: حيث يتم دمج الخرائط متعددة الفترات الزمنية، وتوقعات التغيرات المستقبلية، والنماذج الهيدرولوجية المعايرة، وسيناريوهات المناخ الإقليمية، بحيث يمكن فصل التأثيرات المناخية وتأثيرات استخدام الأراضي والتفاعل بينهما10,18,20,47. وقد استخدم Yira وآخرون هذا الاقتران في منطقة Dano لتقييم إنتاجية المياه وتدفق المجاري المائية في ظل خمسة سيناريوهات لاستخدام الأراضي18. وفي حوض Lobo، قام كل من Land Change Modeler ونماذج CORDEX ونموذج CEQUEAU بتحديد الآثار المترتبة على تدفقات الخزانات كمياً، مما يوضح الفائدة التشغيلية لهذه السلاسل في إدارة الخزانات والإمدادات الحضرية47. كما طُبق نموذج تقييم وتخطيط المياه (WEAP) في حوض Mono لدراسة تأثيرات المناخ، وتغطية الأرض واستخدامها (LULC)، والتنمية على الموارد المائية والطاقة الكهرومائية48.

تعد الأطر الهجينة هي الأنسب لدعم عملية صنع القرار لأنها تجيب على أسئلة ملموسة: ماذا يحدث للجريان السطحي إذا استمر التوسع الحضري، أو لإعادة الشحن إذا تحولت مناطق السافانا إلى أراضٍ زراعية. ويكمن عيبها في تراكم حالات عدم اليقين عبر التصنيف، وسيناريوهات الانتقال، والنماذج المناخية، والبنية الهيدرولوجية، مما يستدعي إجراء تحليلات الحساسية واستخدام مجموعات نماذج متعددة17,40. وفي الحالات التي يتم فيها الإبلاغ عن نطاقات التباين، فإن مصطلح النموذج المناخي يهيمن عمومًا على مصطلح استخدام الأراضي20، لذا فإن تقديم متوسط المجموعة بدون نطاق تباينه يكون مضللاً لأغراض التخطيط.

تحليل مقارن للمنهجيات

يجب أن تراعي مقارنة الطرق تنوع الأسئلة العلمية: فبعض التقنيات تقيس، بينما تقوم أخرى برسم الخرائط، أو التفسير، أو المحاكاة. لا توجد طريقة واحدة مثلى، بل هناك مجموعات من الطرق تكون أكثر أو أقل ملاءمة للمشكلة، والمقياس، والبيانات، وشكل الإجهاد المائي المدروس (الشكل 2). ولتجنب التوصيفات النوعية، تم التعبير عن المقارنة في الجدول 5 -حيثما سمحت المصادر- من خلال المقاييس المسجلة: NSE وKGE وR2 والنسبة المئوية للانحياز لعمليات المحاكاة، والدقة الإجمالية ومعامل كابا لكوهين (Cohen’s kappa) للتصنيف، والتي تم تفسيرها وفقًا لعتبات معتمدة14. وتعد الملاحظة المباشرة الأكثر موثوقية فيما تقيسه، ولكن موثوقيتها المكانية تعتمد على مدى تمثيل الشبكة، كما لا يمكن نقل معاملات الجريان السطحي على مقياس القطعة إلى مقياس الحوض المائي15. وتوفر النماذج رؤى موزعة، حيث تقع نتائج المعايرة والتحقق في غرب أفريقيا في الغالب ضمن نطاق 0.6–0.9 لكل من NSE وKGE وR2، وهي نتائج تتراوح بين جيدة إلى جيدة جداً وفقاً للمعايير القياسية14,18,19؛ ولكن يتم تحقيق ذلك على تدفق المجرى المائي في معظم الحالات، ويظهر التحقق متعدد المتغيرات أن درجات تدفق المجرى المائي المماثلة يمكن أن تتعايش مع موازنات مائية داخلية مختلفة بشكل ملحوظ16,21. ويكتشف الاستشعار عن بعد التحولات بفعالية، بدقة تتراوح بين 80–90% وكابا تقارب 0.75–0.90 عند دمج السلاسل متعددة المصادر والتحقق الميداني والخوارزميات القوية، وتنخفض هذه الدقة عندما تكون الفئات متقاربة طيفياً33. وتدعو حساسية النموذج لصياغة التبخر والنتح الكامن، والتي تم إثباتها باستخدام 21 طريقة في حوض نهر السنغال، إلى الحذر عند مقارنة السيناريوهات49.

تجمع أفضل مقايضة بين التكلفة والتغطية بين الصور المجانية، ومجموعات البيانات المناخية المفتوحة، ونموذجاً مقتصدًا، ومجموعة دنيا من ملاحظات تدفق المجاري المائية، وهو ما يفسر النجاح الإقليمي لنموذج SWAT مع تصنيفات Landsat وSentinel8,24,26,30. وتظل الشبكات الكثيفة والنماذج المتكاملة مكلفة، رغم أنها الأكثر تجهيزاً لتمثيل الآليات المتتالية مثل التوسع الحضري المشتت، وانخفاض إعادة الشحن، وتغير الأراضي الرطبة27,29. وبالنسبة للأحواض العابرة للحدود مثل أحواض النيجر والسنغال والفولتا، فإن النهج المحلية وحدها غير كافية، وتجمع التصميمات الأكثر ملاءمة بين خط أساس للأقمار الصناعية، ومعايرة دقيقة، ومعلومات ميدانية مستهدفة، وإبلاغ منهجي عن عدم اليقين11,39.

إطار عمل لاتخاذ القرارات التشغيلية لاختيار المنهجية

تتحول المقارنة المذكورة أعلاه إلى إجراء اختيار صريح في الشكل 3، من خلال أربعة مرشحات متتالية يمكن استخدامها من قبل كل من وكالة الحوض واتحاد بحثي. يتمثل المرشح الأول في السؤال؛ حيث يتطلب توثيق ما قد تغير إجراء تحليل لمسار الاستشعار عن بعد مع تقييم رسمي للدقة. أما عزو التغيير إلى استخدامات الأراضي والغطاء الأرضي (LULC) بدلاً من المناخ، فيتطلب كحد أدنى تصميماً مضاداً للواقع: تشغيلاً تكون فيه استخدامات الأراضي ثابتة والمناخ متغيراً، والعكس بالعكس. ويتطلب اختبار الخيارات المستقبلية سلسلة من السيناريوهات. بينما يتطلب تحديد استجابة المياه الجوفية كمياً إما تمثيلاً صريحاً لما تحت السطح أو نهجاً يعتمد على قياس الجاذبية أو المتتبعات، وذلك لأن النماذج التي تمت معايرتها بناءً على تدفق الجداول لا تضع قيوداً على عملية التغذية.

المعيار الثاني هو المقياس. ففي المساحات التي تقل تقريبًا عن 100 km2، وخاصة في مناطق تجميع المياه الحضرية، تهيمن العمليات على مستوى الحدث، وتكون النماذج الحضرية المتكاملة بين السطح وباطن الأرض أو النماذج القائمة على الحدث هي الأنسب، شريطة أن يتم رسم خرائط الصرف ونسبة الأسطح غير النفاذة بدقة أكبر من فئات الغطاء الأرضي المتاحة عادةً. أما في المساحات التي تتراوح تقريبًا بين 100 و10,000 km2، فإن النماذج شبه الموزعة توفر أفضل عائد مقابل الجهد المبذول في جمع البيانات. وفوق 10,000 km2 وفي الأحواض العابرة للحدود، تصبح النهج الإقليمية أو المجمعة، والمحاسبة المائية المقيدة بالأقمار الصناعية، وتعلم الآلة للعينات الكبيرة هي الخيارات الواقعية45,46.

المرشح الثالث هو توفر البيانات، والذي يتم تطبيقه بنزاهة بدلاً من التطلع الطموح. إن وجود سجلات متزامنة للتصريف وهطول الأمطار لمدة ثلاث سنوات على الأقل يجعل المعايرة التقليدية ممكنة؛ بينما تتطلب السجلات الأقصر أو المتقطعة استخدام دوال هدف تعتمد على الأقمار الصناعية لتقدير النتح التبخري، ورطوبة التربة، وإجمالي تخزين المياه21,34؛ وفي حال عدم وجود سجل للتصريف، يكمن الخيار بين الإقليمية من أحواض مانحة والتنبؤ المجمع القائم على التعلم الآلي، مع نشر عدم اليقين بدلاً من إخفائه. أما المرشح الرابع فهو أفق اتخاذ القرار والموارد المتاحة، حيث يقترن كل فرع بتكلفة استرشادية في الجدول 5. وعند تطبيق هذا الإطار على مجموعة البيانات، كشف عن عدم تطابقين متكررين: استخدام نماذج موزعة بالكامل في حين أن البيانات لا تدعم سوى نموذج شبه موزّع، وعزو التوسع الحضري إلى فئة مستوطنات خشنة للغاية بحيث لا تسمح بالاستنتاج.

التحديات والفرص

يتمثل التحدي الأول في جودة بيانات الإدخال؛ حيث تفرض السلاسل الهيدرومناخية غير المتصلة، وانخفاض كثافة المحطات، وندرة ملاحظات مناسيب المياه الجوفية ورطوبة التربة والسحوبات والتصريفات، الاعتماد على المنتجات المشتقة والاستكمال الرياضي (interpolation)، وهو ما تخففه جزئيًا فقط منتجات هطول الأمطار عبر الأقمار الصناعية، وعمليات احتساب القيم المفقودة (imputation)، وتصغير النطاق (downscaling) المكيفة مع منطقة غرب إفريقيا35,36,37,43,44. أما التحدي الثاني فهو العزو السببي: إذ تعكس مسارات الإجهاد المائي في آن واحد تقلبات المناخ، وتكثيف هطول الأمطار الغزيرة، وتغير استخدامات الأراضي والغطاء الأرضي (LULC)، والتوسع الحضري، وسحب مياه الري، والترسيب، والبنية التحتية، ولا تطبق سوى أقلية من دراسات النمذجة المجمعة هنا التصميم العاملي الذي يتطلبه فصل هذه العوامل.

التحدي الثالث هو النطاق، وهنا يجب توضيح توازن الأدلة بعناية. يتسم التوسع الحضري في غرب أفريقيا بأنه منتشر وغير متصل، حيث يجمع بين المناطق العمرانية الرسمية، والمستوطنات العشوائية، والطرق غير المعبدة، وأنظمة الصرف الهجينة، وغالباً ما يُستشهد به كمحرك للإجهاد المائي؛ ومع ذلك، هناك 3 سجلات فقط (9%) اتخذته موضوعاً أساسياً لها، وجميعها في نيامي6,28,29، مقابل 15 سجلاً يمثل فيها التوسع الزراعي الإشارة المهيمنة. وبناءً على ذلك، فإن التصريحات القوية بشأن التأثيرات الحضرية تستند إلى قاعدة أضعف بكثير من التصريحات المتعلقة بتوسع الأراضي الزراعية: فالآليات مثبتة جيداً في الهيدرولوجيا الحضرية العامة9,31، ولكن حجم تأثيرها في أحواض تصريف مياه غرب أفريقيا تم قياسه كمياً في حالات قليلة فقط. وهذا يمثل فجوة يجب سدها وليس استنتاجاً يمكن تأكيده، وهو ما يستدعي خرائط حضرية أكثر دقة تميز بين الأسطح غير المنفذة، وكثافة المباني، وحالة الطرق، والمناطق المنخفضة، ونطاقات الترشيح8. أما التحدي الرابع فهو التحقق من المتغيرات المتعددة: حيث يؤثر الإجهاد المائي على تدفق المجاري المائية، ورطوبة التربة، والنتح التبخري، والتغذية الجوفية، وعمق مستوى المياه الجوفية، لذا يجب الاستعانة بعدة متغيرات للحد من ظاهرة التكافؤ النهائي (equifinality)50.

تبرز ثلاث فرص أساسية: تزايد إمكانية الوصول إلى الصور المجانية، والبيانات الطبوغرافية، ومنتجات المناخ، ومنتجات البخر-نتح ورطوبة التربة التشغيلية، مما يعزز من إمكانية إعادة الإنتاج34؛ ودمج البيانات الذي يربط بين الملاحظات الميدانية، ومنتجات الأقمار الصناعية، والنماذج، والتعلم الآلي؛ والتقسيم الإقليمي، الذي يمهد الطريق لإنشاء مراصد مائية-إقليمية39.

تتمثل التوجهات الموصى بها في تعزيز أحواض تصريف المياه المرصودة، مع إعطاء الأولوية للدول الغائبة عن هذه المجموعة من البيانات؛ وتعميم تحليلات عدم اليقين، والمقارنة بين النماذج المتعددة، والتقرير المنهجي للمقاييس؛ ودمج التجريدات والبنية التحتية والاستخدامات؛ وتطوير نماذج للهيدرولوجيا الحضرية تعكس البنية التحتية الرسمية وغير الرسمية في غرب أفريقيا؛ وإصدار مجموعة بيانات إقليمية ذات عينات كبيرة بشكل مفتوح؛ وبناء سيناريوهات بشكل مشترك مع مديري المياه والمخططين والمزارعين11.

الاستنتاجات

لقد تركز تقييم تغير غطاء الأرض واستخداماتها (LULC) وتأثيرات التمدد الحضري على الإجهاد المائي في أحواض تصريف المياه في غرب أفريقيا بشكل كبير حول جوهر منهجي يجمع بين الاستشعار عن بعد، والنمذجة الهيدرولوجية، والملاحظات الميدانية: فمن بين 35 سجلاً من غرب أفريقيا مدرجاً هنا، تدخل الاستشعار عن بعد في 57% والنمذجة الهيدرولوجية في 43%. وتتقارب الدراسات المتاحة في إظهار أن التوسع في الأراضي الزراعية، وتدهور الغطاء الطبيعي، والختم التدريجي للتربة تؤدي إلى تغيير الموازنات المائية، وغالباً ما يكون ذلك من خلال زيادة الجريان السطحي وتدفقات الذروة، والانخفاض النسبي في الرشح والتغذية، وإعادة توزيع التدفقات، وتفاقم الضغوط الموسمية على الموارد39,48,51؛ وهذا التقارب مدعوم بـ 6 دراسات في 4 دول، وإن كانت من قبل 3 مجموعات بحثية مستقلة فقط، ويجب قراءة ذلك مع وضع هذا القيد في الاعتبار. لا يمكن لأي تقنية بمفردها استيعاب التعقيد الكامل لهذه الظاهرة. تظل الأجهزة الميدانية In situ أساسية للتحقق الهيدرولوجي الميداني وفهم العمليات؛ والاستشعار عن بعد لا غنى عنه لرصد الديناميكيات الإقليمية عبر مساحات شاسعة وعابرة للحدود أحياناً؛ وهناك حاجة إلى النماذج الهيدرولوجية المفاهيمية وشبه الموزعة لترجمة التغيرات المكانية إلى استجابات هيدرولوجية واختبار السيناريوهات المستقبلية؛ كما تعمل نهج تعلم الآلة على تحسين التصنيف والتعويض وبعض القدرات التنبؤية، وتوفر نماذج العينات الكبيرة مساراً لم يتم اختباره بعد للتنبؤ في العديد من الأحواض غير المقاسة في المنطقة؛ وتقدم النماذج القائمة على الفيزياء أو النماذج المتكاملة أفضل تمثيل للعمليات السطحية وتحت السطحية، ولكنها تتطلب بيانات وقدرات حوسبية وخبرات كبيرة. وبناءً على ذلك، فإن التفوق المنهجي لا يكمن في أي أداة واحدة بل في بنية تصميم التقييم، والتي يقدم إطار اتخاذ القرار المقترح في الشكل 3 إجراءً صريحاً لها.

في سياق غرب أفريقيا، تتمثل الاستراتيجية الأكثر ملاءمة في بناء أطر هجينة ومتدرجة تجمع بين البيانات المفتوحة، والملاحظات الموجهة، ورسم الخرائط القوي، والسيناريوهات الإقليمية الصريحة، والنمذجة الهيدرولوجية الشفافة، وتحليلات عدم اليقين المنهجية. ويعد هذا التوجه مبرراً من الناحية العلمية، وأكثر استدامة من الناحية الاقتصادية، وأكثر فائدة من الناحية التشغيلية للتخطيط الإقليمي، وإدارة الخزانات، والوقاية من الفيضانات، وحماية طبقات المياه الجوفية، والتكيف مع تغير المناخ. ويجب أن تكون الأولوية للسنوات القادمة هي تعزيز جودة البيانات وانفتاحها، والمقارنة البينية للنماذج، والتحقق من صحة المتغيرات المتعددة، والدمج الصريح للديناميكيات الحضرية الدقيقة ومكون المياه الجوفية، واللذين وجدت هذه المراجعة أنهما غير ممثلين كمياً بشكل كافٍ، وتوسيع القاعدة الجغرافية للأدلة بما يتجاوز الدول الأربع التي تهيمن عليها حالياً، والإنتاج المشترك مع مديري المياه وأصحاب المصلحة الإقليميين بحيث تترجم تشخيصات الإجهاد المائي بشكل فعال إلى قرارات تخطيط واستثمار.

figure-results-1
الشكل 1: مخطط تدفق PRISMA 2020 لعمليات تحديد السجلات وفحصها وإدراجها. يوضح عدد السجلات التي تم تحديدها في كل قاعدة بيانات ومستودع، وتلك التي استبعدت لكونها مكررة، والتي خضعت للفحص على مستوى العنوان والملخص، والتي تم تقييم نصوصها الكاملة، والمستبعدة مع ذكر الأسباب، وأخيراً تلك التي أُدرجت في التوليف النوعي والكمي. وقد أجريت عمليات البحث في الفترة ما بين 12 يناير 2026 و17 أبريل 2026. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-2
الشكل 2: مخطط مفاهيمي يربط بين استخدام الأراضي وتغير غطاء الأرض والتمدن وبين الإجهاد المائي، مع توزيع العائلات المنهجية الثماني على السلسلة السببية. تؤثر الدوافع (التوسع في الأراضي الزراعية، وإزالة الغابات، وانضغاط التربة وتكون القشرة، وختم التربة وتعديل الصرف) على العمليات الهيدرولوجية (الاعتراض، والنتح التبخيري، والترشيح، وتوليد الجريان السطحي، والتغذية، والتبادل بين النهر والمكمن الجوفي)، والتي تؤدي بدورها إلى ظهور مكونات الإجهاد المائي (عجز المياه السطحية، وانخفاض المياه الجوفية، وعجز رطوبة التربة، وعدم انتظام التدفق، وذروات الفيضانات). تم وضع كل عائلة منهجية عند مستوى السلسلة التي ترصدها أو ترسمها أو تفسرها أو تحاكيها. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-3
الشكل 3: إطار اتخاذ القرار التشغيلي لاختيار مجموعة منهجية في أحواض تصريف المياه في غرب أفريقيا. تؤدي أربعة مرشحات متتالية، وهي السؤال العلمي، والنطاق المكاني، والبيانات المتاحة فعلياً، وأفق اتخاذ القرار والموارد، إلى مزيج موصى به من الطرق، جنباً إلى جنب مع الحد الأدنى من متطلبات التحقق وإعداد تقارير عدم اليقين المتوقعة لكل فرع. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الجدول 1: سلاسل البحث الكاملة وتعديلاتها الخاصة بكل منصة. سلاسل البحث المنطقية (Boolean) المستخدمة في كل قاعدة بيانات ومستودع، والقيود المفروضة على الحقول، ومرشحات اللغة، وتاريخ التنفيذ، وعدد السجلات المسترجعة من كل مصدر. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

الجدول 2: دراسات حالة تمثيلية تم النظر فيها في التحليل المقارن. منطقة الدراسة، الدولة، مساحة منطقة تجميع المياه، فترة الدراسة، الطريقة الرئيسية المستخدمة، متغيرات المعايرة والتحقق، مقاييس الأداء المسجلة (NSE، KGE، R2، النسبة المئوية للانحياز، الدقة العامة، معامل كابا لكوهين)، والمساهمة المحددة لكل دراسة في تقييم الإجهاد المائي في غرب أفريقيا. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

الجدول 3: توزيع السجلات المشمولة من غرب أفريقيا حسب الدولة والفترة الزمنية. عدد ونسبة السجلات لكل دولة ولكل فترة نشر مدتها خمس سنوات، مع توضيح العائلات المنهجية المطبقة في كل دولة. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

الجدول 4: توزيع السجلات المدرجة من غرب أفريقيا حسب العائلة المنهجية. عدد ونسبة السجلات التي تمثل فيها كل عائلة النهج الأساسي، والعدد الذي تمثل فيه نهجاً ثانوياً، والدول المقابلة لها. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الجدول 5: مقارنة تركيبية للتقنيات التجريبية الرئيسية المستخدمة لتقييم الإجهاد المائي في أحواض التصريف بغرب أفريقيا. مقارنة عبر خمسة أبعاد: الدقة والموثوقية المعبر عنهما من خلال مقاييس الأداء الواردة في الدراسات المصدرية، والتكلفة والجدوى، والقدرة على رصد التعقيد، والمقاييس المكانية والزمانية ذات الصلة، والملاءمة للسياق الإقليمي. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.

الإفصاحات

يعلن المؤلفون عن عدم وجود تضارب في المصالح فيما يتعلق بهذه المراجعة.

شكر وتقدير

يتوجه المؤلفون بالشكر إلى زملائهم وإلى VM Group Multiservices على تقديم ملاحظات نقدية حول النسخ السابقة من المخطوطة وعلى تمويل هذا المقال.

المراجع

  1. Food and Agriculture Organization of the United Nations. AQUASTAT – FAO’s Global Information System on Water and Agriculture. Rome: FAO; 2025.
  2. UN-Water. World Bank Group: Africa Water Center – Strengthening Capacity in the Water Sector [Internet]. New York: UN-Water. Available from: https://www.unwater.org/news/world-bank-group-africa-water-center-strengthening-capacity-water-sector
  3. Descroix L, et al. Evolution of Surface Hydrology in the Sahelo-Sudanian Strip: An Updated Review. Water. 2018;10(6):748.
  4. Leblanc MJ, et al. Land clearance and hydrological change in the Sahel: SW Niger. J Hydrol. 2008;375(1-2):241-52.
  5. Dauda AP, et al. Simultaneous increase in temperature and dry days in the West African transboundary Benue River Basin. Environ Earth Sci. 2024;83(12):369.
  6. Garba I, Descroix L, Panthou G, et al. Extreme rainfall characterization under climate change and rapid population growth in Niamey, Niger. Heliyon. 2023;9(4):e15063.
  7. Qin Y, et al. Flexibility and intensity of global water use. Nat Sustain. 2019;2(6):515-23.
  8. Mashala MJ, Dube T, Mudereri BT, Ayisi KK, Ramudzuli MR. A Systematic Review on Advancements in Remote Sensing for Assessing and Monitoring Land Use and Land Cover Changes Impacts on Surface Water Resources in Semi-Arid Tropical Environments. Remote Sens. 2023;15(16):3926.
  9. Salvadore E, Bronders J, Batelaan O. Hydrological modelling of urbanized catchments: A review and future directions. J Hydrol. 2015;529:62-81.
  10. Obahoundje S, Ofosu EA, Kiem AS, et al.​ Potential impacts of climate, land use and land cover changes on hydropower generation in West Africa: a review. Environ Res Lett. 2022;17:043005.
  11. Arfasa GF, Owusu-Sekyere E, Doke DA, Ayisi Ampofo J. Impacts of climate and land use/cover changes on the sustainability of irrigation water in West Africa: a systematic review. All Earth. 2024;36(1):1-13.
  12. Anggraini R, Baja S, Neswati R. Assessing the impact of land use change on ecosystem service using GIS and remote sensing technology: a review. IOP Conf Ser Earth Environ Sci. 2025;1525(1):012030.
  13. Page MJ, et al. The PRISMA 2020 statement: an updated guideline for reporting systematic reviews. BMJ. 2021;372:n71.
  14. Moriasi DN, et al. Model evaluation guidelines for systematic quantification of accuracy in watershed simulations. Trans ASABE. 2007;50(3):885-900.
  15. Mounirou LA, Zouré CO, Yonaba R, et al. Multi-scale analysis of runoff from a statistical perspective in a small Sahelian catchment under a semi-arid climate. Arab J Geosci. 2020;13(4):154.
  16. Cornelissen T, Diekkrüger B, Giertz S. A comparison of hydrological models for assessing the impact of land use and climate change on discharge in a tropical catchment. J Hydrol. 2013;498:221-36.
  17. Bormann H, Diekkrüger B, Hauschild M, et al. Regional hydrological modeling in Benin (West Africa): uncertainty issues versus scenarios of expected future environmental change. Phys Chem Earth. 2005;30(6-7):447-59.
  18. Yira Y, Diekkrüger B, Steup G, Bossa AY. Modeling land use change impacts on water resources in a tropical West African catchment (Dano, Burkina Faso). J Hydrol. 2016;537:187-99.
  19. Op de Hipt F, et al. Applying SHETRAN in a Tropical West African Catchment (Dano, Burkina Faso)—Calibration, Validation, Uncertainty Assessment. Water. 2017;9(2):101.
  20. Idrissou M, et al. Modeling the Impact of Climate and Land Use/Land Cover Change on Water Availability in an Inland Valley Catchment in Burkina Faso. Hydrology. 2022;9(1):12.
  21. Poméon T, Diekkrüger B, Springer A, Kusche J, Eicker A. Multi-objective validation of SWAT for sparsely-gauged West African river basins: a remote sensing approach. Water. 2018;10(4):451.
  22. Bodjrènou R, Yira Y, Ahamidé B, Diekkrüger B. Assessment of Current and Future Land Use/Land Cover in the Oueme Basin (Benin, West Africa) under a Changing Climate. Sustainability. 2023;15(3):2245.
  23. Ganni Mampo OM, Diekkrüger B, Näschen K, et al. Rainfall and streamflow variability in North Benin, West Africa. J Hydrol Reg Stud. 2025;57:101952.
  24. Awotwi A, Yeboah F, Kumi M. Assessing the impact of land cover changes on water balance components of White Volta Basin in West Africa. Water Environ J. 2015;29(2):259-67.
  25. Aduah MS, Jewitt GPW, Toucher ML. Assessing Impacts of Land Use Changes on the Hydrology of a Lowland Rainforest Catchment in Ghana, West Africa. Water. 2018;10(1):9.
  26. . Togbévi QF, Sintondji LO. Hydrological response to land use and land cover changes in a tropical West African catchment (Couffo, Benin). AIMS Geosci. 2021;7(3):338-54.
  27. Bodjrènou R, Yira Y, Diekkrüger B, et al. Investigating the impacts of climate and land use/cover change on hydrological fluxes in the Oueme Delta hydrosystem using ParFlow-CLM. Sci Rep. 2026;16:39679.
  28. ORSTOM. Étude hydrologique de bassins urbains à Niamey [Hydrological study of urban catchments in Niamey]. Niamey: Office de la Recherche Scientifique et Technique Outre-Mer; 1979. French.
  29. Boko BA, et al. High-Resolution, Integrated Hydrological Modeling of Climate Change Impacts on a Semi-Arid Urban Watershed in Niamey, Niger. Water. 2020;12(2):364.
  30. Olofintoye OO, Salami AW, Ajayi EO. A study on the applicability of a SWAT model in predicting the water yields and water balance of the Upper Oueme catchment, Benin Republic. Slovak J Civ Eng. 2022;30(1):48-58.
  31. Guan M, Sillanpää N, Koivusalo H. Modeling and assessment of hydrological changes in a developing urban catchment. Hydrol Process. 2015;29(13):2880-94.
  32. Sambou MHA, et al. Prediction of land use and land cover change in two watersheds in the Senegal River basin (West Africa) using the Multilayer Perceptron and Markov chain model. Geomat Nat Hazards Risk. 2023;14(1):2231137.
  33. Lu D, Mausel P, Brondízio E, Moran E. Change detection techniques. Int J Remote Sens. 2004;25(12):2365-401.
  34. Blatchford ML, Mannaerts CM, Njuki SM, et al. Evaluation of WaPOR V2 evapotranspiration products across Africa. Hydrol Process. 2020;34(15):3200-21.
  35. Cannella G, Pezzoli A, Tiepolo M. Comparative trend analysis of precipitation indices in several towns of the Sirba River catchment (Burkina Faso) from CHIRPS and TAMSAT rainfall estimates. Climate. 2024;12(12):208.
  36. Houngnibo MCM, et al. Validation of high-resolution satellite precipitation products over West Africa for rainfall monitoring and early warning. Front Clim. 2023;5:1185754.
  37. Kouakou C, et al. Comparison of gridded precipitation estimates for regional hydrological modeling in West and Central Africa. J Hydrol Reg Stud. 2023;47:101409.
  38. Barbosa SA, Pulla ST, Williams GP, et al. Evaluating Groundwater Storage Change and Recharge Using GRACE Data: A Case Study of Aquifers in Niger, West Africa. Remote Sens. 2022;14(7):1532.
  39. Ouarani M, et al. Exploring groundwater recharge mechanisms in a semi-arid coastal aquifer using isotopic analysis, remote sensing, and hydrological modeling. In: AGU Fall Meeting Abstracts 2023. Washington (DC): AGU; 2023. p. H04-05.
  40. Aloui S, Gires A, Hoang KD, et al. A review of Soil and Water Assessment Tool (SWAT) studies in Mediterranean watersheds: Lessons for data-scarce environments. Environ Int. 2023;171:107684.
  41. Aboelnour M, Gitau MW, Engel BA. A comparison of streamflow and baseflow responses to land-use change and the variation in climate parameters using SWAT. Water. 2020;12(1):191.
  42. Locke KA, Shanafield M, Cook PG, Simmons CT. Modeling relationships between land use and water quality: a critical review of statistical approaches. Environ Int. 2024;188:108703.
  43. Toure M, et al. Machine learning approaches for imputing missing meteorological data in Senegal. Appl Comput Geosci. 2025;27:100281.
  44. Polasky A, Evans JL, Fuentes JD. Statistical downscaling for precipitation projections in West Africa. Theor Appl Climatol. 2023;155(1):327-47.
  45. Arsenault R, Martel JL, Brunet F, et al. Continuous streamflow prediction in ungauged basins: long short-term memory neural networks clearly outperform traditional hydrological models. Hydrol Earth Syst Sci. 2023;27(1):139-57.
  46. Nearing G, et al. Global prediction of extreme floods in ungauged watersheds. Nature. 2024;627(8004):559-63.
  47. Koffi B, et al. Impact of climate and land use/land cover change on Lobo reservoir inflow, West-Central of Côte d’Ivoire. J Hydrol Reg Stud. 2023;47:101417.
  48. Obahoundje S, Youan Ta M, Diedhiou A, Amoussou E, Kouadio K. Sensitivity of hydropower generation to changes in climate and land use in the Mono Basin (West Africa) using CORDEX dataset and WEAP model. Environ Process. 2021;8(3):1073-97.
  49. Ndiaye PM, Bodian A, Dezetter A, Ogilvie A, Goudiaby O. Sensitivity of global hydrological models to potential evapotranspiration estimation methods in the Senegal River Basin (West Africa). J Hydrol Reg Stud. 2024;53:101823.
  50. Togbévi QF, et al. A multi-model approach for analysing water balance and water-related ecosystem services in the Ouriyori catchment (Benin). Hydrol Sci J. 2020;65(14):2453-65.
  51. Kouassi AM, Gnangouin AYJ, Konan GR, Nassa RAK. Impacts of climate change on water stress in West Africa: case study of the N’zi (Bandama) watershed in Côte d’Ivoire. Int J Environ Clim Change. 2022;12(12):472-83.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تغير استخدام الأراضيتغير غطاء الأرضالنمذجة الهيدرولوجيةالاستشعار عن بعدطرق المياه الجوفيةالنهج الإحصائيةتعلم الآلة
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.