منصة الرسائل والاطاريح: النمذجة باستخدام الذكاء الاصطناعي الهجين للمياه الجوفية في مكمن الدمام المحصور/ العراق

الخلاصة

تعتبرالمياه الجوفية مورداً قيماً لتوفير المياه وخصوصاً في المناطق القاحلة وشبه القاحلة؛ إذ من المتوقع أن يؤدي تغير المناخ إلى انخفاض معدل هطول الأمطار وزيادة تواتر حالات الجفاف؛ ذلك بأن طول مدة الجفاف يؤثر تأثيراً سلبياً على الموارد المائية في العراق؛ فالجفاف هو السبب الرئيس لاستمرار استهلاك المياه الجوفية على مدى العقد الماضي، من هنا تبحث هذه الدراسة في امكانية تحديد مناطق الاجهاد والنضوب في المياه الجوفية ضمن طبقة الدمام المحصورة الممتدة على طول محافظتي النجف والمثنى حيث ينقسم العمل في هذه الدراسة على قسمين: يقدم الاول محاكاة عددية باستخدام برنامج نظام نمذجة المياه الجوفية ( )GMS v10.4لتحليل المياه الجوفية في خزان الدمام الجوفي ضمن منطقة الدراسة ؛ حيث جرت معايرة النموذج في كلتا الحالتين المستقرة (في حالة السكون وعند عدم وجود سحب)، وغير المستقرة (في حالة السحب من الآبار.) بالإضافة إلى ذلك، تم تقديم سيناريوهين تشغيليين واقعيين لتوفير تصور أفضل للمناطق التي قد يحدث فيها إجهاد للمياه الجوفية، إذ اوضحت النتائج ان تشغيل 89بئراً بكامل طاقتها في آن معاً كسيناريو اول، قد تسبب بانخفاض منسوب المياه الجوفية بمقدار ( )5.8-0.4متر، ومن جهة أخرى فإن السيناريو الثاني الذي تضمن استخدام 228بئراً تسبب بالانخفاض في منسوب المياه الجوفية بمقدار(-1 )22متر نتيجةً لزيادة معدلات الضخ الإجمالية من 582.3لتر/ ثانية إلى 1534.1لتر/ثانية. اضافة لذلك فقد وجد ان الموصلية الهيدروليكية لمنطقة الدراسة تتراوح ما بين 1.47الى 20.0م/يوم وان معدل إعادة التغذية يساوي 1.66 × 10−6م/ يوم؛ ولم تختلف هذه القيم المحسوبة من عملية المحاكاة اختلافاً كبيراً عن تلك التي تم الحصول عليها من البيانات الميدانية؛ وقد أظهر التطابق ال ُمرضي بين ارتفاعات المياه الجوفية ال ُمقاسة وال ُمتوقعة خلال فترة التشغيل من 1يوليو 2021حتى 1يونيو 2022بأن معامل الخزن لمنطقة الدراسة يتراوح من 5 × 10−5إلى .6.5 × 10−4علاوة على ذلك، تم إنشاء خريطة المناطق المحتملة للمياه الجوفية ( )GPMوالتي تسهم في ادارة المياه الجوفية من خلال استخدام نهج صنع القرار متعدد المعايير( )MCDMالمتمثلة بطريقة التحليل الهرمية ()AHP؛ إذ تم اعتماد العوامل التي تؤثربشكل كبيرعلى مدى توافر المياه الجوفية المتمثلة بـ ( انواع وحدات الخزان الجوفي ، والنفاذية، وكثافة الصدوع، والميل ، ونوع التربة ، واستخدام الأراضي والغطاء الأرضي ، وكثافة الصرف). وتم عرض خريطة المناطق المحتملة للمياه الجوفية على شكل خريطة متعددة الفئات متكونة من خمس فئات هي: (جيدة جدا، وجيدة، ومتوسطة، وضعيفة، وضعيفة جدا)؛ حيث شغلت هذه المناطق مساحة ،٪39.02 ،٪15.91 ،٪6.49 ،٪33.01و ٪5.57من اجمالي المساحة الكلية على التوالي؛ إذ تم تحقيق دقة ( )٪82.5عن طريق دمج نُ ُظم المعلومات الجغرافية بعملية التسلسل الهرمي التحليلي ( .)AHPاما في الجزء الثاني من الدراسةب فقد تم استخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي لانتاج نماذج هجينة تتضمن استخدام خمس خوارزميات للتعلم الآلي ( )MLAsخاضعة للإشراف مدمجة مع التقنيات القائمة على نُ ُظم المعلومات الجغرافية لتقييم إمكانات المياه الجوفية التي تعالج قضية نضوب المياه؛ ذلك بان الخوارزميات المستخدمة هي EBTوهي من ال ُمعَ ِّلمات المنطقية، وخوارزميات التعلم الإحصائي ) ،Naive Bayes (NBوآلات ناقلات الدعم ( ،)SVMوالشبكات العصبية الاصطناعية متعددة الطبقات ( ،)MLPوالجيران الاقرب لنقطة الاختبار ( )kNNوهي من المعلمات القائمة على مقياس التشابه لنقاط الاختبار مع اقرب نقاط تدريب لها ، حيث تم استخدام هذه التقنيات الخمسة ذات الاسس المختلفة لإنشاء خريطة إمكانات المياه الجوفية ( .)GPMوأوجدت الدراسة الحالية أن المصنفات من نوع ( )kNNقد أبدت اداء افضل مع دقة تحقق بنسبة ٪90.70و AUC تساوي 1؛حيث تم تصنيف 322بئر بدقة من اصل 349بئر؛ وتأسيسا عليه تم إنشاء خريطة تمثل خمس مناطق مختلفة لإمكانات المياه الجوفية ) (GWPZوهي: ( ٪ 12.37جيد جدا )،( ٪ 42.12جيد) ،٪ 35.69 (معتدل) ،( ٪ 4.24ضعيف)، و( ٪ 5.58ضعيف جدا) من إجمالي المساحة الكلية على التوالي، بينما في التصنيف الثنائي تم إجراء تحليل مقا َرن لتقييم فعالية وقدرات المصنفات التنبؤية إذ تم استخدام مصنف kNNلانشاء GPMثنائية التصنيف وقد اظهر هذا الموديل دقة اعلى من بين الموديلات الاخرى بلغت قيمتها ،٪ 93.3حيث قسمت الخريطة النهائية منطقة الدراسة على فئتين من GWPZsوهي منخفضة العائد وعالية العائد والتي غطت حوالي ٪ 45.51و ٪ 54.49من المساحة الإجمالية على التوالي، علاوة على ذلك تم تطوير واجهة مستخدم رسومية ) (GUIفي التطبيقات القائمة على , MATLABوالتي يسهل استخدامها من قبل الجهات المعنية لتقدير وإدارة موارد المياه الجوفية المحتملة من دون الحاجة الى الكفاءة في استخدام البرامج او لغات البرمجة المعقدة لتحديد مناطق المياه المحتملة قبل عملية الحفر؛ حيث تتضمن العملية فقط إدخال الإحداثيات الجغرافية للبئر باستخدام إسقاط ، UTMبما في ذلك خطوط الطول والعرض، مما يسهل تحديد تصنيفها وموقعها على خريطة منطقة الدراسة