اسم الباحث : زهراء كاظم نعمه
اسم المشرف : أ.د. حامد عذاب ال جميل ;أ.د.حسين علي محمد الحمامي
الكلمات المفتاحية : (MCDM),air pollutants,(AHP),Fuzzy Logic,Karbala City
الكلية : كلية الهندسة
الاختصاص : الهندسة المدنية هندسة البنى التحتية
سنة نشر البحث : 2025
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
تُقدِّم هذه الدراسة تقييماً شاملاً ومتعدد التخصصات وحسّاساً للسياق لمدى استدامة النقل الحضري في مدينة كربلاء، العراق. وتهدف إلى معالجة التحديات المعقدة التي تواجه التنقل الحضري في المدن سريعة النمو، من خلال صياغة إطار تحليلي متين ومرن يدمج الأبعاد البيئية والاجتماعية والاقتصادية للاستدامة. وبهذا، تسد الفجوات الحرجة في نماذج التقييم القائمة التي غالباً ما تفشل في مراعاة التعقيدات الاجتماعية-المكانية والبنيوية في مدن الجنوب العالمي.
لتحقيق هذه الأهداف، تم اعتماد منهجية متعددة تجمع بين عملية التحليل الهرمي (AHP) والمنطق الضبابي (Fuzzy Logic) ونظم المعلومات الجغرافية (GIS). وقد مكّن هذا النهج من تطوير نموذج مرن لاتخاذ القرار متعدّد المعايير (MCDM) قادر على قياس أداء استدامة شبكة الطرق الحضرية في كربلاء من الناحيتين المكانية والمفهومية. بدأت الدراسة بمراجعة أدبية موسعة شملت 197 مصدراً علمياً، استُخلصت منها 33 مؤشراً للاستدامة صُنّفت بشكل منهجي ضمن الأبعاد البيئية والاجتماعية والاقتصادية.
ارتكزت الدراسة التطبيقية على 18 تقاطعاً رئيسياً وممرات حضرية في مركز كربلاء، خصوصاً المناطق التي تربط المركز التجاري المركزي (CBD) بالمناطق السكنية والتجارية والمؤسسية عالية الكثافة. جُمعت البيانات الأساسية خلال ساعات الذروة لثلاثة أيام متتالية في أكتوبر 2023، وشملت عدّ المركبات، أزمنة الرحلات، هندسة الطرق، معدلات الحوادث، والقياسات البيئية مثل مستويات الضوضاء وتركيز الملوثات الهوائية. استُخدمت أجهزة متقدمة مثل جهاز GASMET DX4040 FTIR لرصد ملوثات تشمل ثاني أكسيد الكربون (CO₂)، ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂)، ثاني أكسيد الكبريت (SO₂)، الميثان (CH₄)، الأمونيا (NH₃) والبنزين، مما وفّر تقييمات بيئية دقيقة وفورية.
أظهر التحليل الطوبولوجي والهندسي أن شبكة الطرق، خصوصاً في منطقة المركز التجاري، تتخذ شكلاً متشعباً يشبه الأشجار، مع مؤشرات ألفا وبيتا وغاما منخفضة وضعف في ترابط الرسم البياني النسبي (RNG). هذه العيوب البنيوية تؤدي إلى ضعف إمكانية الوصول، ضعف الترابط الداخلي، وانعدام البدائل الطرقية، مما يقوض مرونة وكفاءة النظام المروري.
أما تحليل أنماط التنقل فقد كشف عن اعتماد كبير على السيارات الخاصة التي شكّلت 73% من حركة المرور في ساعات الذروة، بينما شكّلت الحافلات 6% والميني باص 21% فقط. هذا الخلل يؤدي إلى تفاقم الازدحام وزيادة التأخيرات وتكاليف التشغيل والأثر البيئي. وسُجلت مستويات ضوضاء تتجاوز 107 ديسيبل في ممرات حرجة مثل شارع التربية، متخطية بكثير الحدود الدولية التي وضعتها منظمة الصحة العالمية (WHO) والهيئة المركزية لمكافحة التلوث (CPCB) ووكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA). وبالتوازي، أظهرت تحاليل جودة الهواء مستويات مرتفعة من الملوثات، ما يشكل خطراً صحياً جسيماً على السكان خاصة في المناطق عالية الكثافة والضعيفة التهوية.
أظهر التقييم باستخدام AHP أن المؤشرات البيئية كانت الأكثر أهمية بوزن نسبي بلغ 48.95%، تلتها المؤشرات الاجتماعية (28.84%) ثم الاقتصادية (22.22%). وتراوحت درجات الاستدامة الكلية بين 29% و39%، ما يعكس أداءً ضعيفاً يستدعي تدخلات عاجلة. وعند مقارنة أداء كربلاء مع أطر الاستدامة العالمية مثل LEED و Green Star و CASBEE و GSAS و BREEAM Communities ، تبين أن المدينة فشلت في تلبية الحدود الدنيا لجميع الأنظمة عدا BREEAM، مما يؤكد الحاجة إلى أدوات تقييم مرنة وحساسة للسياق المحلي.
لعبت النمذجة المكانية باستخدام GIS دوراً محورياً في عرض وتحليل ديناميكيات المرور، بؤر الازدحام، ومناطق الضغط البيئي، كما ساعدت في تحديد الممرات ذات الإمكانات العالية للتنمية والاستثمار في البنية التحتية المستدامة. ومع ذلك، لوحظت عوائق عملية مثل نزاعات الملكية، نقص التمويل البلدي، الجمود المؤسسي، ومقاومة بعض المجتمعات المحلية.
تدعو الدراسة إلى تحول جذري في تخطيط النقل الحضري، بالانتقال من السياسات المجزأة والتفاعلية إلى استراتيجيات متكاملة واستباقية قائمة على الاستدامة. وتشدد على أهمية صُنع السياسات الشاملة، وأنظمة دعم القرار القائمة على البيانات، والأطر التخطيطية طويلة الأمد التي تتماشى مع الاحتياجات المحلية والأجندات العالمية للتنمية. وقد تم تصميم الإطار المقترح خصيصاً ليناسب النسيج الحضري لمدينة كربلاء، مع قابليته للتوسع والتطبيق في مدن أخرى من الجنوب العالمي تواجه تحديات مماثلة.
وباختصار، تساهم هذه الأطروحة في تطوير نموذج جديد وشامل لتقييم الاستدامة يجمع بين الصرامة العلمية والملاءمة العملية، ويزوّد المخططين الحضريين والمهندسين وصناع القرار بأدوات لتقييم وتصميم وتنفيذ حلول تنقل مستدامة تعزز من المرونة والعدالة وجودة الحياة في البيئات الحضرية المعقدة.
Evaluating and Modeling the Sustainability Indicators for Urban Road Network: Karbala City as A Case Study
Abstract
The study presents a comprehensive, multidisciplinary, and context-sensitive assessment of urban transportation sustainability in Karbala City, Iraq. It aims to address the complex challenges facing urban mobility in rapidly developing cities by formulating a robust and adaptable analytical framework that integrates the environmental, social, and economic pillars of sustainability. In doing so, it bridges critical gaps in existing evaluation models, which often fail to account for the socio-spatial and infrastructural complexities of cities in the Global South.
To achieve its objectives, a multi-method approach was employed, combining the Analytic Hierarchy Process (AHP), Fuzzy Logic, and Geographic Information Systems (GIS). This methodological approach enabled the development of a flexible Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) model capable of quantifying the sustainability performance of Karbala’s urban road network in both spatial and conceptual dimensions. The work began with an extensive literature review encompassing 197 scholarly sources, from which 33 sustainability indicators were identified and systematically classified under environmental, social, and economic categories.
The case study focused on 18 major intersections and urban corridors within the central region of Karbala, particularly areas linking the Central Business District (CBD) with high-density residential, commercial, and institutional zones. Primary data were collected during peak traffic hours across three consecutive weekdays in October 2023. These data included vehicle counts, travel times, road geometry, accident rates, and environmental measurements such as noise levels and air pollutant concentrations. Advanced instrumentation, such as the GASMET DX4040 FTIR gas analyzer, was utilized to monitor pollutants including CO₂, NO₂, SO₂, CH₄, NH₃, and benzene, providing real-time and high-accuracy environmental assessments.
Topological and geometrical analysis revealed that the road network, especially within the CBD, exhibits a fragmented, tree-like morphology characterized by low Alpha, Beta, and Gamma indices, as well as poor Relative Neighbourhood Graph (RNG) connectivity. These structural deficiencies result in poor accessibility, weak interconnectivity, and minimal route redundancy, ultimately undermining the resilience and efficiency of the transportation system.
Modal split analysis indicated a significant reliance on private vehicles, which accounted for 73% of peak-hour traffic, whereas buses and minibuses represented only 6% and 21%, respectively. This imbalance exacerbates congestion, increases travel delays, and raises operational and environmental costs. Notably, noise pollution levels in critical corridors such as Al-Tarbiya exceeded 107 dBA, far surpassing internationally accepted thresholds set by the WHO, CPCB, and EPA. Concurrently, air quality analysis demonstrated elevated concentrations of harmful pollutants, posing serious public health risks to residents, particularly in densely populated and poorly ventilated urban zones.
The sustainability evaluation using AHP revealed that environmental indicators held the highest significance, with a weight of 48.95%, followed by social (28.84%) and economic (22.22%) criteria. Overall sustainability scores across the study locations ranged between 29% and 39%, signaling widespread underperformance and the urgent need for targeted interventions.
To assess Karbala’s performance against global benchmarks, a comparative analysis was conducted with international sustainability frameworks, including LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), Green Star, CASBEE (Comprehensive Assessment System for Built Environment Efficiency), GSAS (Global Sustainability Assessment System), and BREEAM Communities. Except for BREEAM Communities, which showed passing ratings for all selected locations, the city’s road network failed to meet the minimum thresholds required by other frameworks. This highlights the necessity for context-sensitive and locally adaptable assessment tools that better align with the conditions of developing cities.
GIS-based spatial modeling played a crucial role in visualizing and analyzing traffic dynamics, congestion hotspots, and environmental stress zones. These spatial outputs also enabled the identification of high-potential corridors for strategic development and sustainable infrastructure investment. However, several practical constraints to implementation were noted, including land tenure conflicts, inadequate municipal funding, institutional inertia, and resistance from local communities.
The research advocates for a paradigm shift in urban transportation planning, moving from fragmented and reactive approaches to integrated, forward-looking strategies grounded in sustainability. It emphasizes the importance of inclusive policy-making, data-driven decision support systems, and long-term planning frameworks that align with both local needs and global development agendas. The proposed framework is tailored to Karbala’s urban fabric yet remains scalable and replicable, offering valuable insights for cities across the Global South facing similar developmental and environmental challenges.
In sum, the thesis contributes a novel and holistic sustainability assessment model that integrates scientific rigor with practical relevance. It equips urban planners, engineers, and decision-makers with tools to evaluate, design, and implement sustainable mobility solutions that enhance resilience, equity, and quality of life in complex urban environments.


