DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.179406
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40250232
تاريخ النشر: 2025-04-16
المؤلف: Abedulla Elsaidy وآخرون
الموضوع الرئيسي: الهيدرولوجيا وتحليل الجفاف
نظرة عامة
تستعرض الورقة البحثية بشكل منهجي جفاف المياه الجوفية، لا سيما في المناطق الجافة وشبه الجافة، باستخدام إطار عمل DPSIR (العوامل المحركة، الضغوط، الحالة، الآثار، الاستجابات) لتحليل التفاعل المعقد بين العوامل الطبيعية والبشرية التي تؤثر على هذه الظاهرة. تحدد المراجعة الفجوات الكبيرة في موثوقية البيانات، وتقييم الجودة، والنماذج التنبؤية، مشددة على أن العوامل البشرية، مثل تغير المناخ والإفراط في الاستغلال، تمارس تأثيرًا أكبر من العوامل الطبيعية. على الرغم من الآثار الحرجة لجفاف المياه الجوفية على الجوانب البيئية والاجتماعية والاقتصادية، لا يزال هناك نقص في تعريف موحد ومقاييس معيارية للتقييم، مما يعقد استراتيجيات الاستجابة الفعالة.
تؤكد النتائج على ضرورة تعزيز جمع البيانات وقدرات المراقبة، لا سيما من خلال التقدم في تقنيات الاستشعار عن بعد. تدعو الورقة إلى اتباع نهج متكامل يجمع بين الحلول التكنولوجية والحلول المستندة إلى الطبيعة، مع تسليط الضوء أيضًا على أهمية التعاون الدولي ومشاركة البيانات لمعالجة قضايا كمية ونوعية المياه الجوفية. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على وضع تعريفات معيارية، وتحسين النمذجة التنبؤية، وتقييم فعالية استراتيجيات الإدارة المختلفة. تعتبر المراجعة دعوة للعمل لصانعي السياسات لإعطاء الأولوية لتخفيف جفاف المياه الجوفية، لا سيما في المناطق الضعيفة، وتعزيز فهم شامل للمخاطر والتحديات المرتبطة بهذه القضية الملحة.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة الطبيعة متعددة الأبعاد للجفاف، والذي يُعرف بأنه نقص كبير في المياه مقارنةً بالظروف المعتادة. يتم تصنيف الجفاف إلى أربعة أنواع مترابطة: الجفاف المناخي، الزراعي، الهيدرولوجي، والاجتماعي الاقتصادي، كل منها يتأثر بتغيرات في هطول الأمطار، ورطوبة التربة، وتدفق المياه. يُعتبر جفاف المياه الجوفية، وهو فرع من الجفاف الهيدرولوجي، معقدًا بشكل خاص بسبب اعتماده على كل من العوامل الطبيعية والبشرية، بما في ذلك معدلات استخراج المياه الجوفية التي تتجاوز إعادة الشحن الطبيعية. تسلط الورقة الضوء على الحاجة الملحة لتعريف موحد لجفاف المياه الجوفية، فضلاً عن أهمية مراقبة المتغيرات الهيدرولوجية المختلفة لتقييم ظروف الجفاف بشكل فعال.
كما تؤكد المقدمة على التحديات المتزايدة التي يطرحها جفاف المياه الجوفية، خاصة في المناطق الجافة وشبه الجافة حيث الاعتماد على المياه الجوفية مرتفع. من المتوقع أن يؤدي تغير المناخ إلى تفاقم تكرار وشدة الجفاف، مما يهدد الاستدامة البيئية والاستقرار الاقتصادي. على الرغم من الاعتراف المتزايد بجفاف المياه الجوفية، لا تزال الأبحاث محدودة، لا سيما فيما يتعلق بدمج بيانات كمية ونوعية المياه الجوفية. يدعو المؤلفون إلى إجراء مراجعة منهجية للأدبيات لتوحيد المعرفة حول العوامل المحركة، والضغوط، والآثار، والاستجابات المرتبطة بجفاف المياه الجوفية، بهدف معالجة الفجوات الحالية وإبلاغ استراتيجيات التخفيف على مستوى العالم.
الطرق
تضمنت المنهجية المستخدمة في هذا البحث مراجعة منهجية للأدبيات لتلخيص جفاف المياه الجوفية من خلال إطار عمل DPSIR (العوامل المحركة، الضغوط، الحالة، الآثار، الاستجابات). تم تنفيذ العملية على ثلاث مراحل: أولاً، تم صياغة استعلام بحث شامل وتم إجراء تصفية أولية لتحديد المقالات ذات الصلة من قاعدة بيانات سكوبس، مما أسفر عن 2121 وثيقة أولية. بعد تطبيق فلتر نطاق التاريخ (من 1 يناير 2013 إلى 25 نوفمبر 2023) والتصفية حسب المجالات الموضوعية المتعلقة بهندسة المياه، تم تقليص العدد إلى 1353 وثيقة. أدت مزيد من التصفية لنوع الوثيقة واللغة إلى 519 ورقة بحثية مفتوحة الوصول للمراجعة الأولية.
في المرحلة الثانية، تم تنفيذ عملية فحص صارمة لضمان التوافق مع أهداف البحث. شمل ذلك تقييم العناوين، والملخصات، والنصوص الكاملة، مما أدى في النهاية إلى اختيار 146 ورقة تلبي معايير الدراسة. تم تنظيم النتائج وفقًا لنموذج DPSIR، مع تحديد العوامل الرئيسية مثل النمو السكاني والضغوط مثل التلوث، مع تقييم الحالة الحالية لموارد المياه الجوفية وآثارها على رفاهية الإنسان. تم تصنيف الاستجابات إلى استراتيجيات إدارة، وابتكارات تكنولوجية، ونهج مستندة إلى الطبيعة، مع اختيار 51 و56 دراسة حالة للتحليل التفصيلي. ضمنت هذه الطريقة المنظمة فهمًا شاملاً لديناميات جفاف المياه الجوفية واستجابتها.
النتائج
في هذا القسم، يتم استخدام نموذج DPSIR (العوامل المحركة، الضغوط، الحالة، الأثر، الاستجابة) لتحليل جفاف المياه الجوفية، مع تسليط الضوء على كل من العوامل الطبيعية، مثل تقلب المناخ، والعوامل البشرية، بما في ذلك تغييرات استخدام الأراضي. تكشف التحليل عن التفاعلات المعقدة بين هذه العوامل وتقييم الحالة الحالية والاتجاهات للمياه الجوفية في المناطق الجافة وشبه الجافة، باستخدام أدوات تقييم متنوعة. يتم مناقشة عواقب جفاف المياه الجوفية عبر الأبعاد البيئية والاجتماعية والاقتصادية، مع الإشارة إلى آثار مثل فقدان التنوع البيولوجي، وتقييد الوصول إلى المياه، وانخفاض الإنتاجية الزراعية.
كما ي outlines القسم استراتيجيات الاستجابة التي تشمل الإدارة، والسياسات، ومشاركة المجتمع، والابتكارات التكنولوجية، مثل إعادة تدوير المياه وإعادة شحن المياه الجوفية المدارة. بينما تهدف المراجعة المنهجية إلى تقليل التحيز وتعزيز الموثوقية من خلال التركيز على المنشورات المدرجة في SCOPUS والمفتوحة الوصول، فإنها تعترف بالقيود، بما في ذلك احتمال إغفال الدراسات ذات الصلة والرؤى من المصادر غير الإنجليزية. تعطي المراجعة الأولوية للأدبيات الحديثة من عام 2013 فصاعدًا، مما يضمن التوافق مع الأبحاث المعاصرة مع دمج الدراسات الأساسية الرئيسية للحفاظ على منظور شامل. ومع ذلك، قد يؤثر نقص التوازن الجغرافي في اختيار المصادر على شمولية النتائج بشكل عام.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على العوامل المتعددة لجفاف المياه الجوفية، مصنفة إياها إلى عوامل طبيعية وبشرية. تشمل العوامل الطبيعية أنماط الاتصال العالمية، وتغير المناخ، والخصائص الجيولوجية المحلية، التي تؤثر مجتمعة على مستويات المياه الجوفية من خلال آليات مثل تقلبات هطول الأمطار، والتبخر، وتقلبات درجات الحرارة. يمكن أن يؤدي تفاعل هذه العوامل إلى جفاف جوي، مما يزيد من استنزاف المياه الجوفية، خاصة في المناطق الساحلية حيث قد يؤدي الإفراط في الاستغلال وارتفاع مستويات البحر إلى تسرب مياه البحر. بالإضافة إلى ذلك، تلعب خصائص التربة المحددة للموقع وخصائص المياه الجوفية دورًا حاسمًا في ديناميات المياه الجوفية، مما يؤثر على معدلات إعادة الشحن ومستويات الملوحة.
من ناحية أخرى، تُعتبر العوامل البشرية، مثل استخراج المياه المفرط، والتحضر، وممارسات إدارة المياه السيئة، معترف بها بشكل متزايد كمساهمات كبيرة في جفاف المياه الجوفية، غالبًا ما تطغى على التأثيرات الطبيعية. تؤكد الورقة على أن الأنشطة البشرية، بما في ذلك الممارسات الزراعية والتطورات الصناعية، لا تزيد فقط من الطلب على المياه ولكن تؤدي أيضًا إلى تلوث المياه الجوفية، مما يعقد استدامة موارد المياه. يمكن أن يؤدي التفاعل الديناميكي بين هذه العوامل إلى نتائج غير متوقعة، مثل التحسن المتناقض في إعادة شحن المياه الجوفية في المناطق الحضرية على الرغم من ارتفاع تغطية الأسطح غير المنفذة. يدعو المؤلفون إلى فهم أعمق لهذه التفاعلات والحاجة إلى أدوات تقييم شاملة لمراقبة جودة وكمية المياه الجوفية، لا سيما في المناطق الجافة وشبه الجافة حيث يكون الإفراط في الاستغلال شائعًا.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.179406
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40250232
Publication Date: 2025-04-16
Author(s): Abedulla Elsaidy et al.
Primary Topic: Hydrology and Drought Analysis
Overview
The research paper systematically reviews groundwater drought, particularly in arid and semi-arid regions, utilizing the DPSIR (Drivers, Pressures, State, Impacts, Responses) framework to analyze the complex interplay of natural and anthropogenic factors influencing this phenomenon. The review identifies significant gaps in data reliability, quality assessments, and predictive models, emphasizing that anthropogenic drivers, such as climate change and overexploitation, exert a more substantial influence than natural factors. Despite the critical implications of groundwater drought on environmental, societal, and economic aspects, there remains a lack of a unified definition and standardized metrics for assessment, which complicates effective response strategies.
The findings underscore the necessity for enhanced data collection and monitoring capabilities, particularly through advancements in remote sensing technologies. The paper advocates for integrated approaches that combine technological and nature-based solutions, while also highlighting the importance of international collaboration and data sharing to address both groundwater quantity and quality issues. Future research should focus on establishing standardized definitions, improving predictive modeling, and evaluating the effectiveness of various management strategies. The review serves as a call to action for policymakers to prioritize groundwater drought mitigation, particularly in vulnerable regions, and to foster a comprehensive understanding of the risks and challenges associated with this pressing issue.
Introduction
The introduction of the paper discusses the multifaceted nature of drought, which is defined as a significant water shortage relative to typical conditions. Drought is categorized into four interconnected types: meteorological, agricultural, hydrological, and socioeconomic, each influenced by variations in precipitation, soil moisture, and streamflow. Groundwater drought, a subset of hydrological drought, is particularly complex due to its dependence on both natural and human-induced factors, including groundwater extraction rates that exceed natural recharge. The paper highlights the critical need for a unified definition of groundwater drought, as well as the importance of monitoring various hydrological variables to assess drought conditions effectively.
The introduction also emphasizes the growing challenges posed by groundwater drought, especially in arid and semi-arid regions where reliance on groundwater is high. Climate change is projected to exacerbate the frequency and severity of droughts, threatening environmental sustainability and economic stability. Despite the increasing recognition of groundwater drought, research remains limited, particularly regarding the integration of groundwater quantity and quality data. The authors call for a systematic literature review to consolidate knowledge on the drivers, pressures, impacts, and responses associated with groundwater drought, aiming to address existing gaps and inform mitigation strategies globally.
Methods
The methodology employed in this research involved a systematic literature review to summarize groundwater drought through the DPSIR (Drivers, Pressures, State, Impacts, Responses) framework. The process unfolded in three stages: first, a comprehensive search query was formulated and preliminary filtering was conducted to identify relevant articles from the Scopus database, which yielded an initial 2121 documents. After applying a date range filter (January 1, 2013, to November 25, 2023) and refining by subject areas related to hydrological engineering, the count was narrowed to 1353 documents. Further filtering for document type and language resulted in 519 open-access papers for initial review.
In the second stage, a rigorous screening process was implemented to ensure alignment with the research objectives. This involved evaluating titles, abstracts, and full texts, ultimately leading to the selection of 146 papers that met the study’s criteria. The results were organized according to the DPSIR model, identifying key drivers such as population growth and pressures like pollution, while assessing the current state of groundwater resources and their impacts on human well-being. Responses were categorized into management strategies, technological innovations, and nature-based approaches, with 51 and 56 case studies selected for detailed analysis. This structured approach ensured a comprehensive understanding of groundwater drought dynamics and responses.
Results
In this section, the DPSIR (Drivers, Pressures, State, Impact, Response) model is utilized to analyze groundwater drought, highlighting both natural drivers, such as climate variability, and anthropogenic factors, including land use changes. The analysis reveals the intricate interactions among these drivers and evaluates the current state and trends of groundwater in arid and semi-arid regions, employing various assessment tools. The consequences of groundwater drought are discussed across environmental, societal, and economic dimensions, noting impacts such as biodiversity loss, restricted water access, and decreased agricultural productivity.
The section also outlines response strategies that encompass management, policy, community engagement, and technological innovations, such as water recycling and managed aquifer recharge. While the systematic review aims to minimize bias and enhance reliability by focusing on SCOPUS-indexed and open-access publications, it acknowledges limitations, including potential omissions of relevant studies and insights from non-English sources. The review prioritizes recent literature from 2013 onward, ensuring alignment with contemporary research while also incorporating key seminal studies to maintain a comprehensive perspective. However, the lack of geographical balance in source selection may affect the overall comprehensiveness of the findings.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the multifaceted drivers of groundwater drought, categorizing them into natural and anthropogenic factors. Natural drivers include global teleconnection patterns, climate change, and local geological characteristics, which collectively influence groundwater levels through mechanisms such as precipitation variability, evapotranspiration, and temperature fluctuations. The interaction of these factors can lead to meteorological drought, exacerbating groundwater depletion, particularly in coastal areas where overexploitation and rising sea levels may cause seawater intrusion. Additionally, site-specific soil properties and aquifer characteristics play a critical role in groundwater dynamics, affecting recharge rates and salinity levels.
On the other hand, anthropogenic drivers, such as excessive water extraction, urbanization, and poor water management practices, are increasingly recognized as significant contributors to groundwater drought, often overshadowing natural influences. The paper emphasizes that human activities, including agricultural practices and industrial developments, not only heighten water demand but also lead to groundwater pollution, further complicating the sustainability of water resources. The dynamic interplay between these drivers can yield unexpected outcomes, such as the paradoxical improvement of groundwater recharge in urban areas despite high impervious surface coverage. The authors call for a deeper understanding of these interactions and the need for comprehensive assessment tools to monitor groundwater quality and quantity, particularly in arid and semi-arid regions where overexploitation is prevalent.