نموذج الارتفاعات المجاني يقيس الأسطح لا الأرض

جدة مثالاً: كم يرفع نموذج Copernicus المجاني أرض الأحياء، وكيف يُخفي أكثر من نصف الأحياء المنخفضة عن تحليل السيول.

نماذج الارتفاعات العالمية المجانية بدقة 30 م، مثل SRTM وCopernicus وALOS، تُبنى من الرادار أو من التصوير المجسم، فهي ترى أول ما ترتد عنه الإشارة: أسطح المباني وتيجان الأشجار. أي أنها نماذج السطح الرقمية (DSM)، لا نماذج التضاريس الرقمية (DTM). وفي الصحراء المكشوفة لا يكاد الفرق يُذكر، أما في المدن فهو الفرق بين شارع يجري فيه السيل ومبنى يسده.

سطح أم أرض؟

ولأن البكسل الواحد مساحته 30 × 30 م، فهو يخلط سطح المبنى بالشارع والفناء المجاور، فلا يحمل ارتفاع المبنى كاملاً بل جزءاً منه. وهذا الجزء هو ما قسناه في جدة.

كيف قسنا؟

قارنّا نموذج Copernicus GLO-30 بنسخة منه اسمها FABDEM، أزيلت منها المباني والأشجار بنموذج تعلّم آلي نشرته جامعة بريستول عام 2022. المصدر واحد والدقة واحدة ومرجع الارتفاع واحد، فالفرق بينهما يمثل ما يضيفه نموذج السطح فوق الأرض. ثم تحققنا من النتيجة بشكل مستقل بمقارنتها بارتفاع المباني في طبقة GHSL الأوروبية، وحسبنا الغطاء الأرضي من ESA WorldCover، وأجرينا التحليل الهيدرولوجي على النموذجين بالإعدادات نفسها. الإطار 30 × 40 كم يغطي جدة من الساحل إلى الأودية الشرقية، يابسته 850 كم²، منها 399 كم² مبنية.

النتيجة الأولى: الأحياء مرفوعة أمتاراً

في المناطق المبنية يرفع النموذج الأرضَ 2.4 م في المتوسط، وتتجاوز الزيادة 5 م في 39 كم². أما الأرض الجرداء فالفرق فيها 0.6 م فقط، وهو في حدود دقة النموذجين. والخريطة ترسم نسيج المدينة بوضوح: الأحياء الكثيفة برتقالية وحمراء، والأودية والأراضي الفضاء فاتحة.

• كلما ارتفعت المباني ارتفعت «الأرض» معها: من 0.6 م حيث تقل المباني عن 3 م، إلى 3.0 م حيث تبلغ 10 إلى 15 م، أي نحو ربع ارتفاع المبنى، ثم 3.2 م حيث تبلغ 15 إلى 25 م. والسبب أن البكسل يخلط المبنى بما حوله.
• والأشجار ترفع الأرض 1.4 م في المتوسط، في الحدائق والمزارع القليلة داخل الإطار.
• ونموذج NASADEM المأخوذ عام 2000 يزيد على نموذج التضاريس في الأحياء الحالية بـ 1.5 م فقط، لأنه يمثل عمران عام 2000 لا عمران اليوم، وجزء كبير من جدة الحالية لم يكن مبنياً وقتها. أي أن الفرق بين نموذجين من سنتين مختلفتين قد يكون مباني جديدة لا تغيراً في التضاريس.

النتيجة الثانية: هيدرولوجيا مدينة مختلفة

منخفضات وهمية بين المباني

المسافة بين عمارتين على نموذج السطح تبدو حفرة مغلقة. على Copernicus يوجد 17,579 منخفضاً مغلقاً يزيد عمقه على نصف متر، بمساحة 89 كم²، مقابل 837 منخفضاً بمساحة 42 كم² على نموذج التضاريس. وكل منخفض وهمي تعالجه أدوات الهيدرولوجيا بالردم أو بالشق، فتنحرف مسارات الجريان عن الشوارع التي يجري فيها الماء فعلاً.

مسارات الجريان تنتقل

داخل المناطق المبنية لا يقع إلا 55% من المجاري المائية لنموذج السطح على مسافة 90 م أو أقل من مجاري نموذج التضاريس. أي أن نحو نصف شبكة التصريف (Drainage Network) المستنتجة في المدينة ينحرف أكثر من ثلاثة بكسلات عن مكانه.

أحياء منخفضة تختفي

حسبنا ارتفاع كل بكسل فوق أقرب مجرى (HAND)، وعددنا المناطق المبنية التي تعلوه بأقل من مترين، وهو مؤشر أولي للأحياء المعرّضة لتجمع مياه السيل. على نموذج التضاريس 194 كم²، وعلى نموذج السطح 87 كم² فقط. أي أن النموذج المجاني يُخفي أكثر من نصف الأحياء المنخفضة.

لكن هذا الرقم يجمع أثرين: ارتفاع الأرض، وانتقال المجاري التي يُقاس منها الارتفاع. ولفصلهما أعدنا الحساب على نموذج السطح من مجاري نموذج التضاريس الثابتة، فنزلت المساحة إلى 74 كم². أي أن ارتفاع المباني وحده يُخفي 62% من الأحياء المنخفضة، وانتقال المجاري يعيد جزءاً صغيراً منها فقط.

وهذا المؤشر أداة فرز، لا بديل عن النمذجة الهيدروليكية التفصيلية؛ لكنه كافٍ ليُظهر أن اختيار النموذج يغيّر الأحياء التي تُدرس أولاً.

أين تظهر الفاتورة؟ أمثلة تطبيقية

خرائط أخطار السيول للأحياء

خريطة أخطار مبنية على نموذج سطح ستضع أحياء منخفضة في المنطقة الآمنة، وتضع شوارع رئيسية خارج مسارات الجريان. وفي مدينة شهدت سيولاً كبيرة مثل جدة، هذا خطأ في ترتيب الأولويات لا في الأرقام فقط.

شبكات تصريف الأمطار وميول الشوارع

الميول المحسوبة من نموذج سطح تقفز عند حواف المباني، فتعطي انحدارات وهمية تُفسد تصميم مناسيب الشوارع ومواقع مصارف الأمطار.

الحفر والردم في المخططات

كميات الحفر المحسوبة من نموذج سطح في موقع فيه مبانٍ قائمة أو أشجار تتضخم بارتفاعها، فتُبنى الميزانية على تربة غير موجودة.

ومتى يكون نموذج السطح هو الصحيح؟

حين يكون السؤال عن الرؤية لا عن الماء: خطوط الرؤية لأبراج الاتصالات، وظلال المباني على الألواح الشمسية، وحماية الإطلالات. هنا تكون أسطح المباني هي المطلوب. فلكل سؤال نموذجه.

ما البديل؟

وتنبيه عملي: FABDEM منشور برخصة CC BY-NC-SA 4.0، أي للاستخدام غير التجاري. وفي المشروعات الاستشارية المدفوعة يلزم ترخيص تجاري من الجهة الناشرة، أو نموذج تضاريس من مصدر آخر.

قائمة تدقيق قبل تحليل سيول في مدينة

1. اعرف نوع نموذجك: سطح أم أرض؟ واقرأ وصف المنتج قبل اسمه.
2. افحص الفرق بين نموذجك ونموذج تضاريس في عينة من الأحياء قبل البناء عليه.
3. لا تحسب ميولاً ولا مسارات جريان داخل المدينة من نموذج سطح.
4. لا تقارن نموذجين من سنتين مختلفتين في منطقة شهدت عمراناً وتعدّ الفرق هبوطاً أو ارتفاعاً.
5. تحقق من رخصة النموذج قبل استخدامه في مشروع تجاري.

حدود الدراسة

• FABDEM نفسه نموذج تقديري لا رفع مساحي، وقد يترك بعض المباني أو يزيل أكثر مما يلزم؛ لكنه أقرب بديل مجاني للأرض بالدقة نفسها.
• ارتفاع المباني من GHSL لعام 2018 بدقة 100 م، وهو تقدير أيضاً، ولذلك فالارتباط بين الطبقتين متوسط (0.37) مع أن الاتجاه واضح.
• مؤشر HAND أقل من مترين أداة فرز أولية، لا تحل محل النمذجة الهيدروليكية التفصيلية.

الخلاصة

نموذج الارتفاعات المجاني ليس خطأً، لكنه يجيب عن سؤال مختلف: أين يرتد الضوء أو الرادار، لا أين تقف قدمك. وفي مدينة مثل جدة يعني ذلك أرضاً مرفوعة أمتاراً، ومنخفضات وهمية بالآلاف، ونصف الأحياء المنخفضة تختفي من الخريطة. فاختر النموذج بحسب السؤال، لا بحسب ما هو متاح.