أنظمة المعلومات الجغرافية و الحد من تسرب المياه

دكتور : أيمن عبد الكريم محرم جامعه صنعاء -كلية العلوم – قسم الحاسوب

كان لظهور الكمبيوتر الأثر الكبير في تغيير العديد من مجالات الحياة، و ظهور العديد من البرامج التطبيقية التي تساعد الناس في مختلف المجالات (الاقتصادية، التجارية، الصناعية، التعليمية، الطبية، الهندسية، العسكرية …الخ) ومع مرور الأعوام أصبح الكمبيوتر لا غنى عنه في شتى مجالات الحياة ويعود ذلك إلى قدرة الكمبيوتر على عمل الوظائف التي يقوم بها الإنسان بشكل أدق وأسرع وأوسع. ومن التقنيات التي حصلت على اهتماماً متزايد في السنوات الأخيرة هي ما يعرف بشبكات أنظمة المعلومات الجغرافية (Geographic Information System GIS) لما تقدمه من خدمات واسعة سواء كانت شبكات الهواتف أو الكهرباء أو المياه.

التقنيات الحديثة

تختلف ورقه العمل هذه (أنظمة المعلومات الجغرافية و الحد من تسرب المياه) عن بقية البحوث الأخرى كونها تلامس جانب مهم من جوانب الحياة وهو كيفية منع و الحد من تسرب المياه. هذا المشروع يستخدم أنظمة المعلومات الجغرافية والذي يعتبر من أهم الأنظمة المعلوماتية التي ظهرت في أواخر القرن الماضي وساهمت مساهمة عظيمه في تطوير أسلوب العمل في جميع الميادين المتعلقة بالأرض. وهذا البرنامج يقوم بتوظيف التقنيات الحديثة لخدمة الجهات المعنية والعاملين فيها من أجل تسهيل عملهم، عن طريق تصميم شبكات أنابيب المياه في مدينة صنعاء او غيرها من المدن اليمنية. هذا النظام مستخدم في كثير من دول العالم لتنظيم هياكل مختلف القطاعات (الزراعية، الاقتصادية، التجارية، العمرانية، التخطيطية، الصحية، البيئية، …الخ). وقد لوحظ أن هذا النظام يلقى اهتماما متزايدا في بلادنا في السنوات الأخيرة للرقي بها في كافة المجالات.

حيث تعتبر اليمن من الدول شبه الجافة نتيجة لقلة هطول الأمطار. حيث ان بلادنا تعاني في الآونة الأخيرة من نقص حاد في إمدادات مياه الشرب بما في ذلك المدن الرئيسية مثل صنعاء وتعز وعدن، حيث ازداد الطلب على مياه الشرب ازدياداً كبيراً نتيجة النسبة المرتفعة في معدل نمو السكان وكذلك النمو الاقتصادي والزراعي . إن الاستمرار في الاستنزاف للمياه الجوفية وإتباع أسلوب الغمر في الري الذي نتج عن عدم وجود سياسة مائية لتأصيل وترشيد استهلاك المياه، ينذر بكارثة خلال السنوات القادمة كما أشارت إليه الكثير من الدراسات الفنية.

البيانات الرقمية المكانية

وتأتي ورقه العمل هذه تزامننا مع التقرير الصادر عن وزارة الاتصالات تقنية المعلومات الذي يفيد بأنه تم حتى الآن انجاز95 % من التصوير الجوي الشامل لليمن من خلال التقاط 20 ألف صورة جوية بمقياس رسم 1: 50000 على مستوى الجمهورية. حيث ان مشروع الخارطة الرقمية يهدف إلى توفير وعاء لجميع البيانات الرقمية المكانية للجمهورية وتزويد المؤسسات الحكومية والجهات المستخدمة لنظم المعلومات الجغرافية ببيانات طوبوغرافية شاملة وبمقاييس رسم مناسبة وبدقة ووضوح عاليين.

الفاقد من المياه : بلغت نسبة الفاقد من المياه في السنوات الأخيرة حوالي من 30 – 50 % كما هو موضح في الشكل (1.1) ، والتي تتمثل في ثلاثة عوامل رئيسية هي:

1. الفاقد من عمليات الري العشوائية.
2. الفاقد من عمليات الحفر الغير مصرح بها للآبار.
3. التسرب الناتج من شبكات المشاريع السكنية.

استخدام الحاسوب في التقليل من تسرب المياه

كما تضمنت ورقه العمل خطة لتطوير,كيفية استخدام الحاسوب في التقليل من تسرب المياه لشبكات المشاريع السكنية، وتقديمها كاقتراح للعمل على أعادة هيكلة القطاع واستخدام التقنيات الحديثة في العمل والاستفادة منها في عملية تطوير القطاع.

وترتكز فكرة المشروع على تقديم مقترح لإنشاء شبكة أنابيب للمشاريع السكنية وربطها بقاعدة بيانات وبالتالي تخزين كافة المعلومات والبيانات عن هذه الأنابيب، وهذا ما يسمى بنظام ال INFORMATION SYSTEM، الذي يسهل عمليات البحث والاستعلام عن أنابيب المياه عند الحاجة، وسرعة اتخاذ الإجراءات المناسبة عند حدوث أي عطل في شبكة المياه و بهذا يتم تحويل النظام اليدوي في القطاع إلى نظام آلي.

طريقة عمل النظام الحالي:عند حدوث أي مشكله في الأنابيب وتسرب المياه منها، فأنه أولا يتم التبليغ عن هذه المشكلة إلى المؤسسة العامة للمياه، بعدها يتم النزول ميدانياً للمعاينة والاطلاع على الأضرار الحاصلة بعد القيام بعمليات الحفر لتحديد موقع الأنابيب المتضررة ومعرفة مواصفاتها مثل ( طول الأنبوب، سمك الأنبوب، نوع الأنبوب، … الخ) ثم يتم الرجوع إلى المؤسسة للإبلاغ عن مدى هذه الأضرار وعمل تقرير بها (مع الاستمرار في تسرب المياه) بعدها يتم إرسال فريق للعمل على إصلاح الأنابيب المتضررة.

ومن أهم عيوب النظام الحالي والتي لاحظناها أثناء سير العمل هي:

1. العمل يتم بصورة يدوية بسبب عدم وجود معلومات مخزنة مسبقا عن الأنابيب لمعرفة مواصفات الأنابيب التالفة في حالة الرغبة في تغييرها عوضا عن ضياع الوقت في النزول الميداني لمعاينة الأضرار.
2. صعوبة تحديد موقع الأنابيب التالفة بدقة لعدم وجود أو توفر الخرائط التي تحدد مواقع الأنابيب.و حدوث تلف لبعض الأنابيب المجاورة نتيجة لعمليات الحفر العشوائي أثناء البحث عن الأنابيب المتضررة.

النظام المقترح: النظام المقترح على يقوم بحل المشكلات والعيوب التي يعاني منها النظام الحالي ويرتكز العمل على النقاط التالية:

1. إنشاء قاعدة بيانات متكاملة تضم جميع المعلومات عن الأنابيب مثل (الطول، الحجم، السمك، الشركة المصنعة، العمر، النوع… الخ) عوضا عن النزول الميداني لمعرفة مواصفات الأنابيب المتضررة.
2. ربط قاعدة البيانات بأنابيب الشبكة على الخريطة لتوضيح المناطق التي تمر منها الأنابيب من أجل معرفة موقع الأنابيب بسهولة دون عمليات الحفر العشوائي للبحث عن موقع الأنابيب المتضررة وبالتالي تجنب تعرض الأنابيب المجاورة للتلف.

تقنيات وأنظمة المعلومات الجغرافية

يمكن تعريف نظم المعلومات الجغرافية: بأنها وسيلة تعتمد أساسا على استخدام الحاسب في تجميع، ومعالجة، وعرض وتحليل البيانات، المرتبطة بمواقع جغرافية، لاستنتاج معلومات ذات أهمية كبيرة، في اتخاذ قرارات مناسبة. وتستخدم هذه النظم بواسطة الأفراد المؤهلين، لحل مشاكل التعامل مع البيانات والمعلومات الخاصة بمجالات التنمية المختلفة.

وتتضمن تقنيات نظم المعلومات الجغرافية: العمليات المعتادة لقاعدة البيانات Database مثل الاستفسار، والتحليل الإحصائي، بالإضافة إلى التصور، والتحليل الجغرافي للبيانات المكانية، الذي توفره الخرائط . وتمتاز نظم المعلومات الجغرافية بأنها تجمع بين طبقه البيانات المكانية و طبقه الاستعلام الخاصة بقواعد البيانات.

استخدمنا في ورقه العمل هذه برنامج الـ arc view , هو نظام مكتبي للمعلومات الجغرافية، حيث يمكن من خلال هذا النظام عرض المعلومات بعدة طرق، وهو يعمل على تخزين كل ما تم إنشاءه في مشروع عمل . كما استخدمنا نظام الإحداثيات ، حيث يتم تعيين ثلاث نقاط للخريطة وكل نقطة من هذه النقاط تعين بالإحداثيين (x,y)، وذلك من أجل التمكن من دمج الخريطة بخطوط الأنابيب وإظهارها على شكل طبقات مترابطة (layers).

رسم خطوط الشبكة: في هذه الخطوة يتم رسم خطوط على الخريطة تمثل أنابيب شبكة المياه، كما هو موضح في الشكل (1.2) ، حيث تم تحديد أماكن هذه الأنابيب أثناء الرسم بصورة افتراضيه وذلك لعدم وجود أي معلومات أو خرائط مخزنة لمواقع الأنابيب في ارض الواقع.

الخطوط الحمراء الموضحة في الشكل (1.2) تعبر عن شبكة الأنابيب الافتراضية و الموجودة في المدينة السكنية .

تصميم قاعدة البيانات: بعد إدخال الخريطة إلى برنامج الـ Arc view، قمنا بربط الأنابيب بقاعدة بيانات والموضحة في الشكل (1.3)، وأثناء تصميم هذه القاعدة تم إضافة بعض الحقول التي يجب مراعاتها عن الأنابيب و اللازمة لعمليات البحث والاستعلام مثل (الرقم، الطول، السمك، الحجم، العمر، الشركة الموردة، الدولة المصنعة، الموقع …..الخ). يوضح الشكل التالي قاعدة البيانات التي تم تصميمها في برنامج ال arc view.

عوامل تسرب المياه : بناء على المعلومات التي تم الحصول عليها وجدنا أن هناك الكثير من العوامل التي تؤدي إلى تسرب المياه من أنابيب شبكات المياه و ترجع عوامل التسرب إلى التالي:

1. الضغط: حيث أن زيادة الضغط للماء يؤدي إلى احتكاك اكبر بالأنابيب وبالتالي تعرض الأنابيب للتشقق.
2. العمر: كلما كان عمر الأنبوب أطول كلما كان معرضا أكثر للتشقق والتلف.
3. النوع: الأنابيب الحديدية تكون عرضة للتآكل على خلاف الأنابيب البلاستيكية.
4. الطول: الأنابيب الطويلة تكون معرضة لضغط التربة وبالتالي للانكماش.
5. تقسيم الأنابيب: تقسيم الأنبوب إلى عدة مفاصل وتركيبات يعني زيادة محتملة في التسرب.
6. القطر: الأنابيب ذات القطر الأكبر تكون لها مساحة سطحية اكبر وبالتالي تكون أكثر عرضة للتآكل.
7. العمق: الأنابيب التي تكون قريبة من السطح تكون أكثر تأثرا بالمؤثرات الخارجية مثل الضغط الناتج عن السير، التأثر بالأجواء.

وبتحديد هذه العوامل كان هدفنا هو تصميم قاعدة بيانات لغرض عمليات البحث والاستعلام عن الأنابيب، حيث أنه وبمعرفة مواصفات أي أنبوب والمعلومات المدرجة عنه نستطيع التخمين ما إذا كان معرضا للتلف وبالتالي تغييره و تلاشي حدوث مشاكل وتسرب المياه.

الاستخدامات العامة للبرنامج:

الاستعلام عن المعلومات المتعلقة بالأنابيب:

عند الحاجة إلى معرفه المعلومات المخزنة عن أي أنبوبة في الشبكة فانه يتم تحديد هذه الأنبوبة والنقر عليها فيقوم البرنامج بعرض مربع حوار به كافه المعلومات عن هذه الأنبوبة، كما هو موضح في الشكل (1.4).

الاستعلام عن الأنابيب حسب النوع:

إذا أراد مستخدم النظام الاستعلام أو البحث عن الأنابيب ذات نوع معين (بلاستيك) لغرض تبديل هذه الأنابيب مثلا فان النظام يمكنه من هذه العملية ويكتب الاستعلام بالصورة التالية:

([pipe type] ="plastic")

وتظهر لنا نتائج الاستعلام في الأنابيب ذات اللون الأصفر كما في شكل (1.5):

الشكل (1.5) يوضح الأنابيب البلاستيكية التي تم البحث عنها والتي هي باللون الأصفر.

الاستعلام عن الأنابيب حسب الشركة الموردة:

إذا أراد المستخدم معرفة الأنابيب التي توردها شركة معينه لاكتشاف بعض المشاكل في أنابيب هذه الشركة والرغبة في تغييرها فانه يكتب الاستعلام بالصورة التالية:

[pipe company] = "zinet"

الاستعلام عن الأنابيب حسب السمك:

عند الرغبة في معرفة الأنابيب التي لها سمك معين (6 هنش مثلا) وأين تقع فان الاستعلام يكتب بالصورة التالية:

[Thickness] = 6

الاستعلام عن الأنابيب حسب العمر:

في هذا النوع من الاستعلام يمكن البحث عن الأنابيب التي لها عمر معين من تاريخ التركيب ويفيد هذا الاستعلام في معرفة الأنابيب التي تكون أكثر عرضة للتلف وبالتالي تغييرها قبل أن تتلف فمثلا لو أردنا الاستعلام عن الأنابيب التي تم تركيبها سنة 1990 فان الاستعلام يكتب بالصورة:

 [pipe age] = 1990

الاستعلام حسب الدولة المصنعة:

لمعرفة الأنابيب التي قامت دولة ما بتصنيعها (مثلا الأنابيب التي صنعتها دولة عُمان) فان الاستعلام يكتب بالصورة:

[country of product] = "Omans"

الاستعلام عن الأنابيب حسب السمك والنوع:

للاستعلام عن الأنابيب التي لها سمك معين (8 هنش مثلا) والتي من النوع (plastic) فان الاستعلام يكتب بالصورة التالية:

[Thickness] = 8) and ([pipe type] = "plastic"

.الاستعلام حسب الشركة الموردة والعمر:

عند الاستعلام عن الأنابيب التي توردها شركة معينة (atlas) والتي تم تركيبها عام 1990م فان الاستعلام يكتب بالصورة التالية:

[pipe company] = "atlas") and ([pipe age] = 1990

الاستنتاج :

في زمن تحكمه المتغيرات وتحتل فيه أجهزه الحاسوب مكان الصدارة في جملة ضروريات حياتنا ،حيث لم يبق مجال من مجالات حياتنا إلا وكان الحاسوب كان مشاركا فعالا في تحديث وتطوير أو استغلال امثل للوقت و الحصول على البيانات المطلوبة. كان الهدف العام من ورقه العمل هذه , هو طرح خطة عمل جديدة لقطاع المياه بهدف التحسين من أسلوب العمل وتطويره وإدخال التقنيات الحديثة في أسلوب العمل بواسطة تحويل النظام اليدوي في القطاع إلى نظام آلي باستخدام نظم المعلومات الجغرافية. ومن أهم الأهداف التي تحققها ورقه العمل هذه, هي: تجنب تسرب المياه والحد من هذا التسرب المستمر و التقليل من الخسائر المادية الناتجة من عمليات الحفر العشوائي للبحث عن الأنابيب المتضررة. أيضا سهولة أيجاد الأنابيب المتضررة بدلا عن الحفريات العشوائية للبحث عن هذه الأنابيب. بالأضافه إلي الاستعلام عن الأنابيب المعرضة للكسر أو القابلة للتلف وبالتالي تغيير هذه الأنابيب قبل حدوث الضرر بها و تسرب المياه منها.