ترکیب هوش مصنوعی با سامانه‌های GPS میتواند به حفاظت از منابع آب زیرزمینی کمک کند!

به گزارش مجله خبری نگار/سیناپرس، مجید سیاری، معاون برنامه‌ریزی و امور اقتصادی شرکت مادر تخصصی مدیریت منابع آب ایران با تشریح نقش فناوری‌های نوین در مدیریت بحران فرونشست، اعلام کرد: بهره‌گیری هم‌زمان از سامانه‌های موقعیت‌یاب دقیق (GPS)، تصاویر ماهواره‌ای، سنجش از دور و ابزار‌های تحلیلی مبتنی بر هوش مصنوعی، امکان ثبت و پردازش دقیق تغییرات سطح زمین، وضعیت آبخوان‌ها و میزان برداشت از منابع زیرزمینی را فراهم کرده و می‌تواند دقت پیش‌بینی روند فرونشست و سرعت تصمیم‌گیری‌های تخصصی را به‌طور محسوسی افزایش دهد.

فرونشست زمین طی سال‌های اخیر به یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی و منابع طبیعی کشور تبدیل شده است؛ پدیده‌ای که برخلاف زلزله و سیل، به‌تدریج رخ می‌دهد، اما پیامد‌های آن می‌تواند به همان اندازه و حتی در برخی موارد گسترده‌تر و ماندگارتر باشد. کارشناسان معتقدند بخش عمده فرونشست‌های ثبت‌شده در ایران، نتیجه برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی و برهم خوردن تعادل طبیعی آبخوان‌هایی است که طی میلیون‌ها سال شکل گرفته‌اند.

معاون برنامه‌ریزی و امور اقتصادی شرکت مادر تخصصی مدیریت منابع آب ایران و پژوهشگر حوزه آب، در گفت‌و‌گویی خبری ضمن تشریح ابعاد مختلف این پدیده، از دلایل شکل‌گیری فرونشست، پیامد‌های آن بر منابع آب و زیرساخت‌های کشور، امکان پیش‌بینی و پیشگیری، نقش فناوری‌های نوین و همچنین تأثیر عوامل مختلف بر تشدید این بحران سخن گفت.

وی با اشاره به اینکه فرونشست تنها یک علت مشخص ندارد، اظهار کرد: فرونشست زمین ممکن است بر اثر عوامل مختلفی رخ دهد، اما مهم‌ترین عاملی که امروز در کشور با آن مواجه هستیم، برداشت بیش از حد از منابع آب زیرزمینی است. البته از منظر زمین‌شناسی، عوامل دیگری نیز می‌توانند موجب نشست زمین شوند؛ برای مثال در برخی مناطق ممکن است لایه‌هایی از گچ یا سایر مواد محلول در اعماق زمین وجود داشته باشد که در اثر جریان آب به مرور زمان حل شوند. در چنین شرایطی فضای خالی در زیر زمین ایجاد می‌شود و در نهایت لایه‌های فوقانی زمین دچار نشست خواهند شد.

سیاری افزود: البته این نوع فرونشست‌ها بیشتر جنبه موضعی دارند، اما آنچه امروز در بسیاری از دشت‌های ایران مشاهده می‌کنیم، پدیده‌ای گسترده است که منشأ اصلی آن برداشت بی‌رویه از آب‌های زیرزمینی است.

آبخوان‌ها چگونه شکل می‌گیرند؟

این پژوهشگر منابع آب در ادامه برای تشریح سازوکار ایجاد فرونشست، ابتدا نحوه شکل‌گیری آبخوان‌ها را توضیح داد و گفت: برای درک علت فرونشست ابتدا باید بدانیم آبخوان چگونه تشکیل می‌شود. هر سفره آب زیرزمینی دارای دو مؤلفه اصلی یعنی تغذیه و تخلیه است. تغذیه این سفره‌ها از طریق بارندگی و همچنین تبادل میان آب‌های سطحی و زیرزمینی انجام می‌شود. این فرآیند طی میلیون‌ها سال ادامه پیدا کرده و در نهایت موجب شکل‌گیری تعادل طبیعی در سفره‌های آب زیرزمینی شده است.

وی افزود: اگر بخواهیم موضوع را ساده‌تر توضیح دهیم، باید آبخوان را به یک اسفنج تشبیه کنیم. البته این تشبیه بیشتر درباره آبخوان‌های آبرفتی مناطق مرکزی ایران صادق است؛ در این مناطق، آب در فضای خالی میان ذرات خاک و رسوبات ذخیره می‌شود؛ درست مانند آبی که در خلل و فرج یک اسفنج قرار می‌گیرد.

سیاری ادامه داد: البته همه آبخوان‌ها چنین ساختاری ندارند. برای مثال در مناطق زاگرس، آب عمدتاً در درز‌ها و شکاف‌های سنگ‌ها جریان دارد و ذخیره می‌شود. نمونه آن را می‌توان در غار علیصدر مشاهده کرد که آب در شکاف‌های سنگی جریان دارد، نه در فضای میان ذرات خاک. اما در بخش عمده‌ای از دشت‌های مرکزی کشور، ساختار آبخوان‌ها آبرفتی است و آب در میان خلل و فرج رسوبات ذخیره می‌شود.

برداشت بیش از ظرفیت چگونه به فرونشست منجر می‌شود؟

وی در ادامه با ارائه مثالی، نحوه تخریب آبخوان‌ها را تشریح کرد و گفت: فرض کنید سالانه یک میلیون مترمکعب آب از طریق بارندگی و نفوذ به داخل زمین وارد یک آبخوان می‌شود؛ در چنین شرایطی، برای حفظ تعادل طبیعی، حداکثر باید همان یک میلیون مترمکعب از آبخوان برداشت شود. اما اگر به جای یک میلیون مترمکعب، دو میلیون مترمکعب آب برداشت کنیم چه اتفاقی می‌افتد؟ در این حالت آبخوان فرصت جبران پیدا نمی‌کند. همان اسفنجی که مثال زدم را تصور کنید. اگر روی یک اسفنج یک لیوان آب بریزید، اما دو لیوان از آن آب خارج کنید، به تدریج رطوبت اسفنج کاهش پیدا می‌کند و در نهایت اسفنج فشرده می‌شود.

سیاری تأکید کرد: دقیقاً همین اتفاق برای آبخوان رخ می‌دهد. با برداشت بیش از حد، آب موجود در فضای میان ذرات خاک کاهش پیدا می‌کند. در نتیجه فشار آب که تعادل میان ذرات خاک را حفظ کرده بود از بین می‌رود و ذرات خاک به یکدیگر نزدیک می‌شوند. این فرآیند موجب فشرده شدن رسوبات و از بین رفتن دائمی فضای خالی میان آنها می‌شود.

وی ادامه داد: نکته بسیار مهم این است که این فشردگی برگشت‌پذیر نیست. حتی اگر پس از آن بارندگی‌های بسیار شدید رخ دهد و به تعبیری طوفان نوح هم اتفاق بیفتد، دیگر آن فضای خالی که طی میلیون‌ها سال ایجاد شده بود وجود ندارد تا دوباره آب را در خود ذخیره کند؛ بنابراین ظرفیت ذخیره آب برای همیشه از بین می‌رود.

سیاری با اشاره به اینکه کاهش بارندگی نیز این روند را تشدید کرده است، گفت: امروز هم میزان بارش کاهش یافته و هم برداشت از منابع آب زیرزمینی افزایش پیدا کرده است. این دو عامل هم‌زمان موجب افت شدید سطح آب زیرزمینی شده‌اند و در نتیجه تعادل طبیعی آبخوان‌ها را برهم زده‌اند. حاصل این وضعیت، فرونشست گسترده‌ای است که امروز در بسیاری از دشت‌های کشور شاهد آن هستیم.

فرونشست فقط پایین رفتن زمین نیست نابودی آبخوان‌هاست

این پژوهشگر حوزه آب در ادامه با تأکید بر اینکه مهم‌ترین خسارت فرونشست، از بین رفتن خود آبخوان است، اظهار کرد: بسیاری تصور می‌کنند مشکل اصلی فقط پایین رفتن سطح زمین است، در حالی که مهم‌ترین خسارت، نابودی ظرفیت ذخیره آب در زیرزمین است. هنگامی که خلل و فرج میان ذرات خاک از بین می‌رود، دیگر فضایی برای ذخیره آب باقی نمی‌ماند؛ بنابراین حتی اگر در آینده شرایط اقلیمی بهبود پیدا کند و بارندگی‌های فراوانی داشته باشیم، آن آب دیگر امکان نفوذ و ذخیره شدن در آبخوان را نخواهد داشت.

سیاری خاطرنشان کرد: این یعنی ما ظرف چند دهه، سرمایه‌ای را که طبیعت طی میلیون‌ها سال ایجاد کرده است از بین برده‌ایم؛ سرمایه‌ای که باید برای نسل‌های آینده حفظ می‌شد، اما امروز به دلیل مدیریت نادرست منابع آب، در حال نابودی است. از دست رفتن آبخوان‌ها شاید بزرگ‌ترین خسارت فرونشست باشد، زیرا دیگر هیچ راهکار عملی برای بازگرداندن آن وجود ندارد. ما می‌توانیم بسیاری از سازه‌های تخریب‌شده را دوباره بسازیم، اما نمی‌توانیم طبیعت را دوباره خلق کنیم یا آبخوانی را که طی میلیون‌ها سال شکل گرفته، بازسازی کنیم.

هوش مصنوعی می‌تواند دقت و سرعت تحلیل داده‌های فرونشست را افزایش دهد

سیاری درباره نقش فناوری‌های نوین در مدیریت بحران فرونشست اظهار کرد: امروزه ابزار‌های متعددی برای پایش و تحلیل وضعیت زمین و منابع آب زیرزمینی در اختیار متخصصان قرار دارد؛ از جمله سامانه‌های موقعیت‌یاب دقیق (GPS)، تصاویر ماهواره‌ای، فناوری سنجش از دور و سایر روش‌های پایش که می‌توانند تغییرات سطح زمین را با دقت بسیار بالا ثبت و اندازه‌گیری کنند.

وی با اشاره به نقش هوش مصنوعی در پردازش داده‌های حاصل از این سامانه‌ها گفت: هوش مصنوعی در حقیقت یک ابزار تحلیلی است و می‌تواند در کنار سایر فناوری‌ها، حجم بسیار زیادی از داده‌های میدانی، تصاویر ماهواره‌ای و اطلاعات برداشت‌شده از منابع مختلف را با سرعت و دقت بالا تحلیل کند.

معاون برنامه‌ریزی و امور اقتصادی شرکت مادر تخصصی مدیریت منابع آب ایران افزود: همان‌گونه که در گذشته بسیاری از محاسبات به‌صورت دستی انجام می‌شد، سپس ماشین‌حساب و بعد رایانه جای آن را گرفت، امروز نیز هوش مصنوعی ابزاری است که قدرت تحلیل انسان را افزایش می‌دهد و فرآیند تصمیم‌گیری را سریع‌تر و دقیق‌تر می‌کند.

وی تأکید کرد: نباید از هوش مصنوعی انتظار معجزه داشت یا آن را جایگزین دانش کارشناسی دانست. هوش مصنوعی یک ابزار است؛ ابزاری که می‌تواند در تحلیل داده‌ها، پیش‌بینی روند‌ها و افزایش سرعت پردازش اطلاعات بسیار مؤثر باشد، اما تصمیم نهایی همچنان باید بر پایه مطالعات علمی و نظر متخصصان اتخاذ شود.

سیاری خاطرنشان کرد: هرچه داده‌های دقیق‌تر و جامع‌تری از وضعیت آبخوان‌ها، میزان برداشت، جنس خاک، تغییرات سطح زمین و سایر شاخص‌های مؤثر در اختیار سامانه‌های تحلیلی قرار گیرد، امکان پیش‌بینی دقیق‌تر روند فرونشست و اتخاذ تصمیم‌های مناسب نیز افزایش خواهد یافت.

تأثیر انفجار‌های سنگین بر فرونشست، موضعی و محدود است

وی در پاسخ به پرسشی درباره احتمال تأثیر انفجار‌های ناشی از بمب‌های سنگرشکن بر تشدید فرونشست یا آسیب به منابع آب زیرزمینی گفت: از منظر زمین‌شناسی و منابع آب می‌توان این موضوع را تحلیل کرد. بدون تردید هر انفجار شدیدی می‌تواند در محدوده وقوع خود اثرگذار باشد. ممکن است یک چشمه آسیب ببیند، چند حلقه چاه تخریب شود، مسیر جریان آب در یک منطقه محدود تغییر کند یا بخشی از لایه‌های زمین دچار جابه‌جایی شوند، اما این آثار در همان محدوده باقی می‌ماند.

وی ادامه داد: زمانی که درباره فرونشست صحبت می‌کنیم، در واقع از پدیده‌ای در مقیاس یک دشت یا یک آبخوان بزرگ سخن می‌گوییم؛ برای مثال دشت تهران که از دامنه‌های جنوبی البرز تا محدوده شهر ری و از غرب تا شرق دشت امتداد دارد. در چنین مقیاسی، عامل اصلی فرونشست، برهم خوردن تعادل آبخوان در اثر برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی است و نمی‌توان انفجار‌های موضعی را عامل ایجاد یا تشدید این پدیده در مقیاس وسیع دانست.

وی تصریح کرد: بنابراین اگرچه انفجار‌های شدید ممکن است در محل وقوع خود خسارت‌هایی ایجاد کنند و حتی برخی منابع آب محلی را تحت تأثیر قرار دهند، اما نباید آنها را با فرآیند گسترده و تدریجی فرونشست که حاصل سال‌ها اضافه‌برداشت از آبخوان‌هاست، یکسان تلقی کرد.

فرونشست بحرانی انسان‌ساخت که هنوز می‌توان آن را کنترل کرد

معاون برنامه‌ریزی و امور اقتصادی شرکت مادر تخصصی مدیریت منابع آب ایران در جمع‌بندی سخنان خود، فرونشست را یکی از مهم‌ترین تهدید‌های پیش‌روی کشور دانست و گفت: فرونشست خطری است که امروز در کنار ما قرار دارد و برخلاف بسیاری از مخاطرات طبیعی، کاملاً محصول عملکرد خود انسان است.

وی افزود: زمانی که از زلزله یا سیل صحبت می‌کنیم، با پدیده‌هایی مواجه هستیم که منشأ طبیعی دارند و وقوع آنها در اختیار انسان نیست، اما فرونشست نتیجه مستقیم شیوه مدیریت منابع آب است. این بحران را خود ما ایجاد کرده‌ایم و در صورت ادامه روند فعلی، آثار آن بیش از گذشته نمایان خواهد شد.

سیاری با تأکید بر اینکه تنها راه مقابله با این بحران، اصلاح الگوی بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی است، اظهار کرد: مهم‌ترین اقدام، جلوگیری از اضافه‌برداشت از آبخوان‌ها، به‌ویژه در دشت‌های بحرانی کشور است. تا زمانی که برداشت از منابع آب زیرزمینی بیش از میزان تغذیه طبیعی آنها باشد، روند فرونشست ادامه خواهد داشت.

وی ادامه داد: مدیریت مصرف آب، جلوگیری از برداشت‌های غیرمجاز، کنترل دقیق برداشت از چاه‌ها، افزایش بهره‌وری در بخش کشاورزی، استفاده از فناوری‌های نوین برای پایش مستمر وضعیت آبخوان‌ها و تدوین برنامه‌های بلندمدت برای ایجاد تعادل میان تغذیه و برداشت، مهم‌ترین اقداماتی است که باید در دستور کار قرار گیرد.

این پژوهشگر حوزه آب در پایان با اشاره به مسئولیت همگانی در قبال حفاظت از منابع آب کشور گفت: آبخوان‌ها سرمایه‌ای هستند که طبیعت طی میلیون‌ها سال در اختیار ما قرار داده است. اگر این سرمایه از بین برود، دیگر امکان بازگرداندن آن وجود ندارد. از همین رو، حفاظت از منابع آب زیرزمینی صرفاً یک وظیفه تخصصی یا دولتی نیست، بلکه ضرورتی ملی برای حفظ امنیت آبی، توسعه پایدار و تأمین حقوق نسل‌های آینده به شمار می‌رود.