استنزاف المياه الجوفية

استنزاف المياه الجوفية أو استنزافها المفرط هو عملية استخراج المياه الجوفية بما يتجاوز معدل إنتاجها الطبيعي في الخزان الجوفي . تُعد المياه الجوفية من أكبر مصادر المياه العذبة ، وتوجد تحت سطح الأرض. والسبب الرئيسي لاستنزافها هو الضخ المفرط لها من الخزانات الجوفية. قد يؤدي عدم كفاية التغذية إلى استنزافها، مما يقلل من فائدتها للإنسان. كما يمكن أن يؤثر الاستنزاف على البيئة المحيطة بالخزان الجوفي، مثل انضغاط التربة وهبوط الأرض ، والتغيرات المناخية المحلية، وتغيرات التركيب الكيميائي للتربة، وغيرها من مظاهر تدهور البيئة المحلية.

هناك نوعان من العوائد: العائد الآمن والعائد المستدام . العائد الآمن هو كمية المياه الجوفية التي يمكن سحبها على مدى فترة زمنية دون تجاوز معدل التغذية طويل الأجل أو التأثير على سلامة الخزان الجوفي. ^{[ 2 ] [ 3 ]} أما العائد المستدام فهو كمية المياه المستخرجة التي يمكن استدامتها إلى أجل غير مسمى دون آثار هيدرولوجية سلبية، مع الأخذ في الاعتبار كلاً من معدل التغذية وتأثيرات المياه السطحية . ^{[ 4 ]}

يوجد نوعان من الخزانات الجوفية: الخزانات المحصورة والخزانات غير المحصورة. في الخزانات المحصورة، توجد طبقة عازلة تُسمى الطبقة الكتيمة ، تحتوي على مواد غير منفذة تمنع استخراج المياه الجوفية. أما في الخزانات غير المحصورة، فلا توجد طبقة كتيمة، ويمكن استخراج المياه الجوفية بحرية من السطح. يُشبه استخراج المياه الجوفية من الخزانات غير المحصورة استعارة الماء، إذ يجب إعادة تغذيتها بمعدل مناسب. تتم إعادة التغذية من خلال التغذية الاصطناعية والتغذية الطبيعية. ^{[ 5 ]}

عند استخراج المياه الجوفية من الخزان الجوفي، يتشكل مخروط منخفض حول البئر . ومع استمرار سحب المياه، يزداد نصف قطر هذا المخروط. وقد يؤدي استخراج كميات كبيرة من المياه (السحب المفرط) إلى آثار سلبية، مثل انخفاض منسوب المياه الجوفية ، وهبوط الأرض ، وفقدان المياه السطحية التي تصل إلى الجداول. وفي الحالات القصوى، يُسحب مصدر المياه الذي يُغذي الخزان الجوفي طبيعيًا مباشرةً من الجداول والأنهار، مما يُخفض منسوبها. ويؤثر هذا على الحياة البرية، وكذلك على البشر الذين قد يستخدمون المياه لأغراض أخرى. ^{[ 5 ]}

تتم عملية تغذية الخزانات الجوفية بشكل طبيعي من خلال تسرب المياه السطحية. ويمكن تغذية الخزان الجوفي صناعيًا، على سبيل المثال عن طريق ضخ المياه المُعالجة من مشاريع إدارة مياه الصرف الصحي مباشرةً إليه. ومن الأمثلة على ذلك هيئة مياه مقاطعة أورانج في كاليفورنيا . ^{[ 6 ]} تقوم هذه الهيئة بمعالجة مياه الصرف الصحي إلى المستوى المطلوب، ثم تضخها بانتظام إلى الخزانات الجوفية لتغذيتها صناعيًا.

بما أن كل حوض مائي جوفي يتجدد بمعدل مختلف تبعًا لهطول الأمطار والغطاء النباتي وممارسات حفظ التربة ، فإن كمية المياه الجوفية التي يمكن ضخها بأمان تختلف اختلافًا كبيرًا بين مناطق العالم وحتى داخل المحافظات. تتطلب بعض طبقات المياه الجوفية وقتًا طويلًا جدًا للتجدد، وبالتالي فإن الاستنزاف المفرط قد يؤدي فعليًا إلى جفاف بعض مصادر المياه الجوفية . يحدث الهبوط عندما يتم استخراج كميات زائدة من المياه الجوفية من الصخور التي تتحمل وزنًا أكبر عند تشبعها. وهذا قد يؤدي إلى انخفاض سعة طبقة المياه الجوفية. ^{[ 7 ]}

تنتج التغيرات في توافر المياه العذبة عن أنشطة طبيعية وبشرية (بالتزامن مع تغير المناخ ) تؤثر على أنماط تغذية المياه الجوفية. ويُعد الري أحد أبرز الأنشطة البشرية المسببة لاستنزاف المياه الجوفية . إذ يُعتمد على المياه الجوفية في حوالي 40% من الري العالمي، ويُعد الري النشاط الرئيسي المسبب لفقدان مخزون المياه الجوفية في جميع أنحاء الولايات المتحدة ^{[ 8 ].}

يستند هذا التصنيف إلى كمية المياه الجوفية التي تستخدمها كل دولة في الزراعة. وتكتسب هذه المسألة أهمية متزايدة في الولايات المتحدة (وخاصة في كاليفورنيا)، لكنها مشكلة مستمرة في أجزاء أخرى من العالم، كما تم توثيقه في البنجاب بالهند عام 1987. ^{[ 10 ]}

بحسب تقرير صدر عام ٢٠١٣ من قِبل عالم الهيدرولوجيا ليونارد ف. كونيكو ^{[ ١٤ ]} في هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ، بلغ استنزاف طبقة أوغالالا الجوفية بين عامي ٢٠٠١ و ٢٠٠٨ حوالي ٣٢٪ من إجمالي الاستنزاف خلال القرن العشرين بأكمله. ^{[ ١٤ ]} وفي الولايات المتحدة، تشمل أكبر مستهلكي المياه من طبقات المياه الجوفية الري الزراعي واستخراج النفط والفحم . ^{[ ١٥ ]} ووفقًا لكونيكو، "تسارع إجمالي استنزاف المياه الجوفية في الولايات المتحدة في أواخر أربعينيات القرن الماضي ، واستمر بمعدل خطي ثابت تقريبًا حتى نهاية القرن. وبالإضافة إلى العواقب البيئية المعروفة على نطاق واسع، يؤثر استنزاف المياه الجوفية سلبًا على استدامة إمدادات المياه الجوفية على المدى الطويل، مما يعيق تلبية احتياجات البلاد من المياه." ^{[ ١٤ ]}

بحسب دراسة أخرى أجرتها هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية حول عمليات سحب المياه من 66 طبقة مياه جوفية رئيسية في الولايات المتحدة، فإنّ الاستخدامات الثلاثة الأكبر للمياه المستخرجة من هذه الطبقات هي الري (68%)، وإمدادات المياه العامة (19%)، والاستخدامات الصناعية ذاتيًا (4%). أما النسبة المتبقية البالغة 8% من عمليات سحب المياه الجوفية فكانت مخصصة للاستخدامات المنزلية، وتربية الأحياء المائية ، وتربية الماشية ، والتعدين ، وتوليد الطاقة الحرارية . ^{[ 16 ]}

يؤدي استخراج المياه الجوفية لاستخدامها في إمدادات المياه إلى خفض منسوب المياه الجوفية الإجمالي، أي مستوى المياه الجوفية في منطقة ما. ويمكن أن يؤدي انخفاض منسوب المياه الجوفية إلى تقليل تدفق المياه في الجداول وخفض مستوى المياه في المسطحات المائية الأخرى مثل الأراضي الرطبة والبحيرات. ^{[ 17 ]} في الأنظمة الكارستية، يمكن أن يؤدي سحب المياه الجوفية على نطاق واسع إلى حدوث انهيارات أرضية أو هبوط أرضي مرتبط بالمياه الجوفية. ويؤدي السحب المفرط إلى عدم استقرار الضغط في أحواض الحجر الجيري وانهيار الرواسب، مما يُسبب تشكل الانهيارات الأرضية. ^{[ 18 ]} كما يمكن أن يؤدي السحب المفرط في المناطق الساحلية إلى انخفاض ضغط المياه في طبقة المياه الجوفية، مما يسمح بتسرب المياه المالحة. وإذا تلوثت طبقة المياه الجوفية العذبة بالمياه المالحة، فلن يكون من الممكن استخدامها كمصدر موثوق للمياه العذبة للمستوطنات والمدن. وقد يُعيد التغذية الاصطناعية ضغط المياه العذبة لوقف تسرب المياه المالحة. ومع ذلك، قد تكون هذه الطريقة غير فعالة اقتصاديًا وغير متاحة بسبب ارتفاع تكلفة العملية. ^{[ 18 ]}

عندما تتعرض طبقات المياه الجوفية أو آبارها للاستنزاف المفرط، قد تتغير تركيزات المواد الكيميائية في المياه. وتشمل هذه المواد الكالسيوم، والمغنيسيوم، والصوديوم، والكربونات، والبيكربونات، والكلوريد، والكبريتات. ^{[ 19 ]} وقد تؤدي التغيرات في جودة المياه نتيجة الاستنزاف المفرط إلى جعلها غير صالحة للاستهلاك البشري، مما يجعل مصادر المياه الجوفية غير صالحة كمصدر لمياه الشرب. ^{[ 19 ]}

يمكن أن يؤثر الاستنزاف المفرط أيضًا على الكائنات الحية التي تعيش داخل طبقات المياه الجوفية والمعروفة باسم الكائنات الحية التي تعيش في المياه الجوفية . وقد أدى فقدان الموائل لهذه الكائنات بسبب الاستنزاف المفرط إلى انخفاض التنوع البيولوجي في مناطق معينة. ^{[ 20 ]}

تشمل الآثار البيئية للسحب على المكشوف ما يلي:

• الهبوط الأرضي الناتج عن نقص المياه الجوفية : هو انهيار الأرض بسبب نقص الدعم (نتيجة استنزاف المياه). سُجّلت أول حالة هبوط أرضي في أربعينيات القرن العشرين. قد يكون الهبوط الأرضي بسيطًا، كانهيار أرض محلية، أو واسع النطاق، كانخفاض مستوى أرض منطقة بأكملها. وقد يؤدي الهبوط إلى أضرار في البنية التحتية والنظام البيئي.
• انخفاض منسوب المياه الجوفية ، مما يجعل وصول المياه إلى الجداول والأنهار أكثر صعوبة.
• انخفاض حجم المياه في الجداول والبحيرات بسبب تناقص إمداداتها من المياه نتيجة لتغذية المياه السطحية للخزانات الجوفية.
• التأثيرات على الحيوانات التي تعتمد على الجداول والبحيرات في الغذاء والماء والمأوى
• تدهور جودة المياه
• ارتفاع تكلفة المياه على المستهلك نتيجة انخفاض منسوب المياه الجوفية، مما يستلزم طاقة أكبر لضخ المياه من أعماق أكبر، وبالتالي ترتفع تكاليف التشغيل للشركات التي تنقل هذه التكلفة إلى المستهلك.
• انخفاض إنتاج المحاصيل بسبب نقص المياه
• اضطرابات في دورة المياه

يُخلّف السحب المفرط آثارًا اجتماعية واقتصادية نتيجةً لتفاوت التكاليف الذي يتفاقم مع انخفاض منسوب المياه الجوفية . فمع انخفاض منسوب المياه الجوفية، تزداد الحاجة إلى حفر آبار أعمق للوصول إلى المياه في الخزان الجوفي. وهذا لا يتطلب تعميق الآبار القائمة فحسب، بل يتطلب أيضًا حفر آبار جديدة. ^{[ 22 ]} وكلا العمليتين مكلفان. وقد أظهرت دراسة أجريت في البنجاب أن التكلفة الباهظة للتكنولوجيا اللازمة لاستمرار الحصول على المياه تُلحق الضرر بصغار المزارعين أكثر من كبارهم، لأن كبار المزارعين يملكون موارد أكثر "للاستثمار في التكنولوجيا". ^{[ 22 ]} وبالتالي، فإن صغار المزارعين، الذين عادةً ما يكون دخلهم أقل من كبار المزارعين، لا يستطيعون الاستفادة من التكنولوجيا التي تُتيح لهم الوصول إلى كميات أكبر من المياه. ^{[ 22 ]} وهذا يُنشئ حلقة مفرغة من عدم المساواة، حيث يحصل صغار المزارعين الذين يعتمدون على الزراعة على كميات أقل من المياه لريّ أراضيهم، مما يُؤدي إلى انخفاض إنتاج المحاصيل.

بالإضافة إلى ذلك، يُخلّف السحب على المكشوف آثارًا اجتماعية واقتصادية نتيجة لقوانين الأسبقية في استخدام المياه . تنص هذه القوانين على أن أول من يستخدم المياه من مصدر مائي يحتفظ بحقه فيها. وتؤدي هذه الحقوق إلى تفاوتات اجتماعية واقتصادية، إذ تستطيع الشركات و/أو كبار ملاك الأراضي ذوي الدخل المرتفع الحفاظ على حقوقهم المائية. في المقابل، تقل فرص حصول الشركات الجديدة أو صغار ملاك الأراضي على المياه، مما يقلل من قدرتهم على تحقيق الربح. ^{[ 22 ]} وبسبب هذا التفاوت، يميل صغار المزارعين في البنجاب ، ممن يملكون حقوقًا مائية أقل، إلى زراعة الذرة أو الأرز الأقل إنتاجية؛ بينما يستطيع كبار ملاك الأراضي في البنجاب استخدام مساحات أكبر لزراعة الأرز نظرًا لتوافر المياه لديهم. ^{[ 22 ]}

إعادة شحن اصطناعية:

بما أن التغذية هي التجديد الطبيعي للمياه، فإن التغذية الاصطناعية هي التجديد الذي يقوم به الإنسان للمياه الجوفية، على الرغم من أن كمية المياه المناسبة المتاحة للتجديد محدودة. ^{[ 23 ]}

تقنيات ترشيد استهلاك المياه:

تشمل الحلول الأخرى تطبيق تقنيات ترشيد استهلاك المياه للحد من استنزافها. وتتضمن هذه التقنيات تحسين الحوكمة لضمان الإدارة السليمة للمياه، وتحفيز ترشيد استهلاكها، وتحسين أساليب الزراعة لضمان كفاءة استخدامها، وتغيير الأنظمة الغذائية إلى محاصيل تتطلب كميات أقل من المياه، والاستثمار في بنية تحتية تستخدم المياه بشكل مستدام. ^{[ 24 ]} وقد طبقت ولاية كاليفورنيا بعض تقنيات ترشيد استهلاك المياه بسبب الجفاف الذي تعاني منه. وتشمل بعض هذه التقنيات حظر ما يلي: 1) ري الحدائق الخارجية الذي يتدفق على الأرصفة أو الأسطح الصلبة الأخرى التي لا تمتص الماء، 2) غسل المركبات بخرطوم لا يحتوي على صمام إغلاق، 3) الري خلال 48 ساعة بعد هطول ربع بوصة من المطر، 4) ري العشب الزخرفي التجاري/الصناعي. ^{[ 25 ]}

حوافز ترشيد استهلاك المياه:

تُعدّ التقنيات التي تستخدمها كاليفورنيا في حالات الطوارئ مفيدة، إلا أن توفير الحوافز لتطبيقها أمرٌ بالغ الأهمية. تُقدّم مدينة سبوكين برنامجًا يُسمى "سبوكين سكيب" لتحفيز استخدام المساحات الخضراء المستدامة. يشجع هذا البرنامج أصحاب المنازل على استخدام المساحات الخضراء الموفرة للمياه من خلال منحهم رصيدًا يصل إلى 500 دولار أمريكي على فواتير المياه إذا قاموا بتكييف حدائقهم باستخدام نباتات موفرة للمياه. ^{[ 26 ]}

• مخروط الاكتئاب
• تغذية المياه الجوفية
• الهبوط المرتبط بالمياه الجوفية
• مياه الشرب
• الاستغلال المفرط
• أزمة المياه
• الاكتظاظ السكاني البشري

• مخاطر ضخ المياه الجوفية ، قضايا في العلوم والتكنولوجيا