بِسْمِ اللّهِ الرَّحْمَنِ الرَّحِيمِ

حصاد مياه الأمطار والفيضانات في الوديان الموسمية

 بواسطة انشاء السدود الترابية الصغيرة

 Valleys Small Dams Construction For Rain and Flood Water Harvesting

شبكة البصرة

المقدمة:

يعرف حصاد المياه بأنه جمع المياه خلال مرحلة معينة من الدورة الهيدرولوجية، حيث تبدأ من لحظة وصول مياه الأمطار الى سطح المنازل او الأرض وحجزها عن طريق بناء سدود او آبار بهدف التخزين والاستفادة من المياه في اوقات الجفاف. وقد اخذت تقنيات حصد مياه الأمطار نصيبا وافرا من الاهتمام خاصة في المناطق الجافة وشبه الجافة. وان التذبذب المناخي وخاصة في هطول الأمطار يعتبر من من محفزات التوسع في مجال الحصاد المائي حيث تهطل الأمطار بغزارة لفترات قصيرة تسيل على اثرها الأودية والشعاب يفقد جزء كبير منها بالتبخر فلا يستفاد منها، وتختلف اساليب حصد مياه الأمطار والسيول بدرجة كبيرة باختلاف المناخ السائد حيث يجب اختيار الأسلوب الأمثل اقتصاديا ومناخيا لمنطقة الدراسة فلا تستخدم الأساليب المكلفة في المناطق ذات الأمطار القليلة ليكون العائد ذا جدوى للبيئة المحيطة.

تعتبر السدود التي تقام على الأنهر ومجاري المياه والوديان ذات فوائد كبيرة اذ تنشأ بغية السيطرة على الفيضانات واستخدام المياه المخزونة لتلبية الاحتياجات المائية على مدار السنة للقطاعات المستخدمة للمياه كافة وفي مقدمتها القطاع الزراعي وللشرب وكذلك توليد الطاقة الكهربائية وتطوير السياحة من خلال توفير مواقع جذابة ومريحة.

والأمطار الغزيرة (مثل الصحراء) حيث تستعمل الممرات المائية لنظام المياه وخاصة الوديان والشعاب لإقامة السدود وتجميع مياه السيول في الخزانات التي خلفها. توفر السدود بابا مفتوحا كبيرا للتحويل، فمن خلال بناء سد توضع المياه خلفه، وهذا ما يعرف بمياه المستودع، وتستخدم المستودعات لتخزين المياه وبالأخص خلال مواسم الفيضانات.

اذا ما هو الخيار الأمثل للاستفادة من مياه الأمطار والسيول تحت الظروف المناخية الجافة؟

هنا نرى ان الخيار الواقعي في مثل هذه الظروف يعتمد على اقامة السدود وخاصة الصغيرة منها وبصورة خاصة في المناطق المعرضة للفيضانات، وليس بالضرورة ان تكون سدودا خرسانية، بل يمكن اتباع تقنيات حديثة غبر مكلفة اقتصاديا ومن ثم اعادة خزن المياه المتجمعة خلفها او في باطن الأودية المقامة عليها مثل هذه السدود. وذلك بحقن تلك المياه في باطن الأرض من خلال آبار تغذية اصطناعية تحفر في بحيرة السد وهذا يقلل كثيرا ما يفقد من المياه بالتبخر. وفي هذه الحالة يكون للسدود دورا ايجابيا كبيرا واساسي على البيئة الصحراوية الجافة.

سدود الوديان الترابية الصغيرة Valley Small Embankment Dams: السدود الترابية الصغيرة بسعات تخزينية تصل الى حوالي 10000 متر مكعب ويصل ارتفاعها الى حوالي 5 متر. ويمكن بناء السدود الترابية الصغيرة يدويا، او باستخدام جرار زراعي، او مكائن ومعدات ميكانيكية كالبلدوزرت والشوفلات والمدرجات وغيرها.

بناء السدود الترابية الصغيرة هو ارخص وسيلة لتخزين المياه، ومع ذلك، فأن زيادة التكلفة لكل حجم يمكن ان تضيع بين عشية وضحاها من خلال الفيضانات من عاصفة رعدية او زخة شديدة من المطر، في عام ما، يمكن ان يكون انجراف جدار السد امرا خطيرا للغاية ويهدد الأرواح والممتلكات، لهذا السبب يجب دائما طلب المساعدة الفنية من ذوي الخبرة لتصميم وبناء سدود الوديان التي تشكل تهديدا مقلقا للأسر الواقعة في اتجاه مجرى النهر.

الاعتبارات الأساسية قبل انشاء السدود الترابية الصغيرة:

Considerations Before Building Small Earth Dam

قبل انشاء سد ترابي صغير، من الضروري التأكد من ان المشروع قابل للتطبيق. لتحديد ذلك، من المفيد طرح بعض الأسئلة الأساسية في البداية مثل:

هل ستكون المياه نظيفة بدرجة كافية، واذا لم يكن الأمر كذلك فهل يمكن تحسين الجودة؟

كم نحتاج من المياه؟

كم هي كمية المياه التي سيوفرها المصدر الجديد؟

هل تكلفة المشروع فعالة؟

هل هو مرغوب فيه من قبل المجتمع المستهدف؟

هل يمكن ادارة المشروع من حيث التشغيل والصيانة؟

هل تم استيفاء الشروط العامة ذات الصلة لأنشاء السد؟

الدراسات المطلوبة واللازمة قبل عملية التصميم للسد:

اولا - الدراسة الاستطلاعية:

1- زيارة الموقع على الطبيعة بعد دراسته من الخرائط الطبوغرافية موقعيا.

2- عمل قياسات ميدانية في الحقل وكذلك اسقاط الموقع على الخارطة ووضع علامات دالة للموقع لكي يتم الاستدلال عليه مستقبلا.

3- عمل مساحة طبوغرافية وتخطيط اولي للموقع.

4- عمل مقاطع طولية وعرضية ان امكن.

ثانيا - دراسة جيولوجية وجيوتقنية.

1- وصف جيولوجي للموقع المقترح.

2- توضيح اماكن توفر مواد الأنشاء الخام ومدى قربها من الموقع المقترح للسد.

3- توضيح مواقع الفواصل والفوالق والطيات وغيرها من التراكيب الجيولوجية على الخارطة.

4- عمل مجسات في الموقع المقترح من اخذ العينات لتحديد:-

أ- عمق الغطاء الصخري.

ب- عمق الصخور التي يجب ازاحتها.

ج- التراكيب الجيولوجية.

د- خواص طبقة التأسيس وقوة تحملها ودرجة النفاذية ونوعيتها.

5- تحديد سمك الرواسب النهرية ان وجدت.

اعتمادا على الدراسات الجيولوجية وفحص المواد والتقارير الفنية يتم دراسة النفاذية والتسرب في موقع السد وذلك من اجل كفاءة السد.

6- اجراء اختبارات او فحوصات مختبرية للعينات الأسطوانية المأخوذة من الموقع كالآتي:-

أ- جهد القص.

ب- جهد الضغط المحصور وغير المحصور.

ج- شدة الترابط مع الخرسانة.

د- مقاومة الجفاف والرطوبة والتجمد والانصهار.

ثالثا - الدراسة الهيدرولوجية:

تتم دراسة سلوكية الأمطار في المنطقة، وشدتها وتوزيعها، كذلك دراسة سلوكية الفيضانات السابقة وخاصة الغير عادية منها.

تقدير سعة الخزان Estimation of the Reservoir Capacity:

تتحدد السعة العظمى للسد من الدراسة الهيدرو لوجية التي تجري مسبقا لمنطقة او مستجمع المياه.

بعد تعيين موقع السد على الخارطة الطبوغرافية ودراسته على الموقع يتم استخراج حجم او حجوم الفيضانات المتوقع حدوثها كل 2، 5، 10، 25، 50، 100، 200 سنة.

يتم اختيار حجم (سعة) الخزان المقترح على اساس تجميع كميات المياه المتاحة من حوض مستجمع المياه وكذلك تجميع مياه اعلى فيضان يحتمل حدوثه عند الموقع المقترح للسد. كأن نقول صمم هذا السد ليتسع لحجم فيضان (10) مليون متر مكعب والذي يتكرر كل 50 سنة.

يتطلب بان يكون جريان مياه الأمطار من منطقة مستجمعات المياه (Catchment Area) كافيا لملء خزان المياه المقترح خلال موسم الأمطار. من ناحية أخرى، اذا كان مستجمع المياه كبيرا جدا، فقد يكون حجم المياه الجارية ضخما لدرجة ان السد يخاطر بجرفه بعيدا، حتى لو كان المسيل (Spillway) كبيرا جدا. ونظرا لأنه من الصعب جدا الحصول على بيانات دقيقة عن هطول الأمطار، وبذلك يمكن تطبيق طريقة بسيطة وموثوقة لتقدير حجم الجريان كما هو موضح ادناه:

من الممكن الاستعانة بخبرة السكان الذين يعيشون في المنطقة لمدة طويلة لبيان اكبر فيضان حدث على الأطلاق في الوادي كأساس لتقدير حساب حجم جريان السيول، وعلى النحو التالي:

أضرب عرض مجرى الفيضان (مثلا ليكن 10 متر) بعمقه واقسمه على 2، في هذا المثال:

لو كان عمق الفيضان 1 متر: 10 * 1 مقسوم على 2 = 5 امتار مربعة من الفيضان، اذا تحرك الفيضان بسرعة 1 م/ثانية، واذا غمر الوادي لمدة 3 ساعات في المتوسط، سيكون حجم جريان مياه الأمطار: 5متر مربع * 1 متر * 60 ثانية * 60 دقيقة * 3 ساعات = 9000 متر مكعب

الآن يمكن تقدير الأبعاد التقريبية لخزان المياه لسد الوادي الذي يجب ان يكون قادرا على تخزين 9000 متر مكعب من المياه بالصيغة التالية:

حجم الخزان لسد الوادي = اقصى عرض * اقصى عمق * اقصى ارتداد (طول)/6

اجمالي متطلبات تخزين المياه: Total Water Storage Requirement

لتحديد اجمالي متطلبات تخزين المياه اللازمة لتلبية الطلب، على سبيل المثال الطلب ل200 متر مكعب ل1/4 (ربع فدان) في السنة، يجب ان يؤخذ عاملان آخران في الحساب وهما التبخر والتسرب الذي يتسبب في خسائر طبيعية من اي خزان مفتوح وكما يلي:

1- التبخر: يمكن ان يؤدي فقدان المياه بالتبخر الى ازالة كمية معينة من المياه سنويا اعتمادا على عمق التبخر من خزان السد المفتوح في المناخ الحار، على الرغم من انه للحصول على تقدير جيد لهذه الخسارة، يجب معرفة معدل التبخر في موقع معين ومساحة سطح الماء. ومن القواعد العامة المفيدة وبحكم التجربة ان حوالي 50% من الماء في الخزان يفقد سنويا بسبب التبخر.

2- التسرب Seepage: يصعب ايضا تقدير خسارة المياه بالتسرب لأن خزانات السدود مبنية من انواع مختلفة من التربة، مما يؤدي الى درجات متفاوتة من التسرب.قد يمثل 25% من الماء المخزون.

على هذا الأساس من القواعد الأساسية المذكورة اعلاه، يمكن استنتاج انه في حالة الحاجة مثلا الى 200 متر مكعب من الماء، يجب ان يكون خزان المياه للسد بسعة تخزين 800 متر مكعب لتلبية فقدان التبخر البالغ 400 متر مكعب وفقدان التسرب 200 متر مكعب.

معايير الموقع Site Criteria:

1- يجب ان يقع جدار السد في الجزء الضيق من الوادي ويتسع في اعلى مجرى النهر لتوفير سعة تخزينية مضافة للمياه.

2- يجب بناء السد في جزء من الوادي، والذي يوفر ارضية وادي غير نفاذة للمياه من التربة الطينية.

3- يجب ان تكون ارضية الوادي مسطحة لأنها ستوفر مساحة تخزين حرة.

4- يجب ان يقع جدار السد على بعد 100 متر على الأقل من اي انحناءات في الوادي لمنع التيارات التي تسبب التآكل.

5- يجب توفير تربة طينية مناسبة لبناء جدار السد من حفرة الاستعارة في الخزان ومن حفريات المسيل المائي.

6- يجب ان لا تحتوي الخزانات على صخور او نتوءات صخرية لأنها قد تسبب تسربات للمياه. يمكن منع ذلك اذا كانت مغطاة بالتربة الطينية.

7- يجب استخدام المنخفضات الطبيعية في ضفاف الخزان عند وجودها كمجاري الصرف من اجل تقليل تكاليف الأنشاء.

التصميم Design:

1- المفيض Spillway:

مثلا اذا كان الحد الأقصى لمستوى الفيضان (max. FL) بعرض 15 مترا و2 مترفي اعمق مستوى وهذا يعطي مقطعا عرضيا: 15 * 2/2 = 15 مترا مربعا.

يجب ان يكون حجم المفيض المائي ضعف ذلك أي عرض 30 مترا وعمق 1متر = 30 مترا مربعا.

2- تربة جدران السد Soil For Dam Walls:

قبل ان يتم تصميم ورسم المقطع العرضي لجدار السد، من الضروري تحليل بعض عينات التربة المأخوذة من الموقع، لأن نوع التربة المتوفرة في الموقع تحدد نوع جدار السد الذي سيتم بناؤه. تعتبر خاصية النفاذية لمواد الإملائيات الترابية عاملا مهما، الذي يحدد عدم نفاذية (كتامة) الإملائيات لجدار السد. في وجود مواد البناء ذات معامل النفاذية الكافي سيؤدي الى اختيار السد المتجانس، في حالة عدم وجود مواد غير كاتمة (غير منفذه) بما يكفي بالقرب من موقع السد، يجب ان يتطلب تقسيم مناطق المقطع العرضي الى (zones).

ومن انواع السدود الترابية هي:

جدار سد متجانس Homogeneous Dam Walls:

يمكن بناؤه من انواع الترب المصنفة على انها: GC، SC، CL، CH. و كانت التربة تحتوي على محتوى من الطين بنسبة 20 - 30 %.

جدار السد مكون من طبقات Zoned Dam Wall:

يتكون من لب من التربة الطينية التي تدعم جوانبها التربة الرملية، انه تصميم اكثر استقرارا واقتصادية من جدار سد متجانس لأنه يمكن بناؤه بميول اكثر حدة، وبالتالي يقلل من تكلفة الأعمال الترابية.

جدار سد الحجاب الحاجز Diaphram Dam Walls:

تستخدم في الأماكن التي يوجد بها الكثير من الصخور/او الحجارة او الحصى في الموقع و ويتم تغطية هذه المواد السابقة على جانب المقدم (UP STREAM) بغطاء (بطانية) مانعة لتسرب المياه (الحجاب الحاجز) من التربة مع محتوى من الطين بنسبة 12 - 40 %. ويجب ان تبدأ البطانة من اسفل القدمة الأمامية للسد لمنع التسرب تحت جدار السد.

تدرجات جدران السد Gradients of Dam Walls:

تعتمد التدرجات (الميول) في المقدم والمؤخر لجدران السد على نوع التربة التي سيتم استخدامها لأعمال بناء السد. تتطلب التربة الرملية غير المستقرة ميولا اكثر من التربة الطينية المستقرة. يمكن اختبار خاصية التربة هذه في المختبر عن طريق اجراء اختبار القص (Shear Test) لعينة من التربة وذلك لتحديد زاوية الاستقرار وتماسك التربة (Cohesion).

فوائد اقامة السدود على الأودية لمنع هدر مياه الأمطار:

1- تجمع السدود المياه من الأمطار والجريان السطحي من مستجمعات المياه سواء بالأراضي والأنهار والجداول المحيطة بموقع السد، فتقوم بعض السدود ايضا بتجميع المياه من المستودعات وخطوط الأنابيب.

2- صممت بعض السدود للاحتفاظ بالمياه وتزويد السكان بالمياه لري المحاصيل الزراعية والأغراض الصناعية.

3- وتعمل السدود على تزويد مياه الشرب وللاستعمالات المنزلية للسكان.

4- يمكن ان تتدفق المياه من السد بطرق متعددة، من خلال المسيل المائي لتصريف المياه، اومن خلال منفذ او بوابات مجرى تصريف اوخط انابيب اعتمادا على تصميم السد.

5- عندما يكون السد جديد يصل الى الحد الأقصى لمستوى التخزين من المياه، وسوف تتدفق المياه الزائدة من المسيل المائي.

6- خلال استمرار تدفق المياه الى السد خلال هطول الأمطار الغزيرة، سوف يتدفق الماء بشكل طبيعي على مجرى المسيل المائي ويستمر الى مجرى نهر المصب. ولكن يمكن التحكم في كمية تدفق المياه فوق المسيل المائي اذا كان هذا المسيل مبوب.

تقدير الفوائد الاقتصادية للسدود الصغيرة: Estimating The Benefits Of Small Dams.

يتم دفع التكلفة الرئيسية للسد في وقت الأنشاء، ولكن يمكن حساب الفوائد من اقامة السد على مدى عمر الخزان الذي لا يقل عن 10 سنوات او اكثر، بافتراض بأنه سيمتلئ في النهاية بالطمي.ستشمل الفوائد الاقتصادية قيمة العمالة والوقت الذي تم توفيره في جلب المياه وسقي المزروعات والماشية، وقد تنجم الفوائد ايضا من التحسينات في حالة الثروة الحيوانية والزراعة ووجود الخزين المائي الصغير، والأغراض الترفيهية السياحية، والنقد من بيع المنتجات الزراعية المروية وقيمة الأغذية المزروعة للأسر.

لتقدير الجدوى الاقتصادية لأنشاء السد والخزان،من المفيد تقدير قيمة الفوائد، مثل الدخل الإضافي المتحقق والوقت والعمالة التي يتم توفيرها، ومقارنتها بالتكلفة من انشاء السد.

الاستنتاجات:

لما جاء اعلاه ونظرا لكون ان العراق يعاني من نقص حاد لموارده المائية التقليدية مما يتطلب تعويض جزء من هذا الموارد بموارد غير تقليدية، وحيث ان مياه الأمطار وفيضانات الوديان الطبيعية التي لا يتم الاستفادة منها بل يتم التفريط بها مما يتطلب خزن هذه المياه بواسطة اقامة سدود على مجاري الوديان الطبيعية وخزن مياه الأمطار والسيول فيها، وحيث ان كثيرا من الوديان واقعة في الصحراء الغربية والبادية الجنوبية والمنطقة الشرقية والشمالية من العراق يتطلب ايلائها اهتماما خاصا بإقامة سدود تخزين المياه فيها والاستفادة من هذه المياه المخزونة لأغراض الزراعة وتنمية الثروة الحيوانية والسياحة ومياه الشرب وتنمية هذه المناطق الصحراوية بالإضافة الى وقاية كثير من المناطق وبما فيها المجمعات السكانية من الغرق عند فيضان هذه الوديان وتسببها في اضرار اقتصادية وبشرية كثيرة.

لما ذكر اعلاه ولتحقيق هذا الغرض يتطلب قيام الجهات المسؤولة عن الموارد المائية في العراق باستحداث ادارة خاصة باسم (ادارة السدود الصغيرة) تتولى اعداد الدراسات اللازمة بعد ان يتم تحديد مواقع السدود المقترحة واجراء الدراسات الهيدرولوجية والطبوغرافية والجيولوجية واعداد تصاميمها ومن ثم تنفيذها وهذا الموضوع يتطلب ايلاءه الأهمية القصوى.(علما كانت هناك دائرة خاصة لتنفيذ السدود الصغيرة في ثمانينات القرن الماضي وتم الغائها لاحقا).

مهندس استشاري، عضو لجنة الزراعة والري

المنتدى العراقي للنخب والكفاءات

شبكة البصرة

الخميس 21 شوال 1444 / 11 آيار 2023

يرجى الاشارة الى شبكة البصرة عند اعادة النشر او الاقتباس
المقالات والتقارير والاخبار المنشورة في شبكتنا لا تعبر عن راي الشبكة بل عن راي الكاتب فقط