أداة جديدة لتحسين شبكات المياه المتقطعة قد تخدم أكثر من مليار شخص حول العالم

طور باحثون من جامعة تورنتو نموذجًا عدديًا جديدًا يمكن أن يسهم في تحسين تصميم وتشغيل شبكات توزيع المياه المتقطعة، التي يعتمد عليها أكثر من مليار شخص حول العالم.

ورغم توافر العديد من النماذج التجارية الخاصة بشبكات المياه، فإنها تقوم على افتراض رئيسي، وهو أن تدفق المياه يستمر على مدار الساعة دون انقطاع.

غير أن هذا الافتراض لا ينطبق على الواقع؛ إذ إن نحو 20% من سكان العالم لا يحصلون على المياه إلا لساعات محدودة يوميًا، بسبب ندرة الموارد أو عوامل أخرى.

يقول ديفيد ماير، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة المدنية والموارد المعدنية بكلية العلوم التطبيقية والهندسة: “أكثر من مليار إنسان يحصلون على المياه بطريقة متقطعة، ومع ذلك فإن هذه الشبكات تُصمَّم عادة باستخدام نماذج هيدروليكية تفترض التدفق المستمر.

وهذا يعني أنها لا تأخذ في الحسبان تفريغ، وإعادة تعبئة الأنابيب، ولا تراعي اعتماد السكان على خزانات منزلية كبيرة لتخزين المياه لاستخدامها لاحقًا.”

بهدف تحسين تصميم وتشغيل الشبكات

النموذج الجديد، الذي طوره ماير بالتعاون مع طالب الدكتوراه عمر عبدالعظيم، يجمع بين أفضل الممارسات العلمية بهدف تحسين تصميم وتشغيل هذه الشبكات.

وقد نُشرت نتائج البحث في مجلة Water Resources Research.

ويؤكد عبدالعظيم، المؤلف الرئيسي للدراسة، أن شبكات توزيع المياه تُعد بنية تحتية حيوية، لكنها في الوقت نفسه باهظة التكلفة ومدفونة تحت الأرض، ما يجعل أي تعديل مباشر عليها أمرًا صعبًا ومعقدًا.

ويضيف: “لا يمكنك تجربة تغيير عشوائي لترى النتيجة، أنت بحاجة إلى نموذج حاسوبي دقيق يحاكي التغييرات المتوقعة في النظام، بحيث تختبر عدة سيناريوهات قبل الدخول في عملية التنفيذ الفعلية التي تتطلب وقتًا وجهدًا وموارد ضخمة.”

وكان الفريق البحثي قد أجرى مراجعة شاملة لمحاولات النمذجة السابقة لأنظمة المياه المتقطعة، وهو ما أهّلهم للفوز بـ ميدالية 2025 لأبحاث قابلة لإعادة الإنتاج من مجلة تخطيط وإدارة موارد المياه.

نموذج جديد مفتوح المصدر

أوضحت المراجعة، أن معظم النماذج السابقة استندت إلى نموذج SWMM، الذي طورته وكالة حماية البيئة الأمريكية قبل أكثر من نصف قرن لإدارة مياه الأمطار.

ورغم إمكانية تكييفه مع أنظمة المياه المتقطعة، فإن غياب التوافق حول آليات استخدامه أدّى إلى نتائج متباينة، بل إن بعض القيم المتوقعة في النماذج كانت أكبر أو أصغر بآلاف المرات من غيرها.

وزاد الأمر تعقيدًا أن العديد من هذه النماذج لم يكن قابلًا للتكرار، بحيث يصعب على الباحثين إعادة بنائه اعتمادًا على ما هو منشور في الدراسات.

انطلاقًا من ذلك، طوّر عبدالعظيم وماير نموذجًا جديدًا مفتوح المصدر أطلقا عليه اسم SWMMIN (SWMM للشبكات المتقطعة)، وأتاحاه مجانًا على منصة GitHub، مع حزمة برمجية بلغة Python تتيح تنفيذه بسهولة.

ويشرح عبدالعظيم: “يصف بحثنا بالتفصيل كيفية استخدام النموذج مع مختلف أنماط الشبكات المتقطعة، وكيفية ضبط المعايير العددية لتحقيق أفضل أداء. كما حددنا النسبة المثلى بين الدقة المكانية والزمانية التي تقلل من الأخطاء في نتائج النموذج.”

ويأمل الفريق البحثي أن يصبح هذا الابتكار أداةً يعتمد عليها الباحثون ومشغلو شبكات المياه حول العالم، بما يسهم في صياغة مبادئ تصميم جديدة تساعد على تحسين الخدمة لمليار إنسان يعتمدون يوميًا على أنظمة توزيع المياه المتقطعة.

ويختتم ماير قائلاً: “هدفنا هو أن نحاكي هذه الشبكات كما هي على أرض الواقع، لا كما نتمنى أن تكون، نأمل أن يساعد هذا النموذج في تطوير حلول عملية تحسن حياة جميع من يعتمدون على هذه الأنظمة يوميًا”.