الانواع الرئيسية للمصارف المائية (المصارف الرأسية Wells Drains)

في هذا النوع من المصارف تدق أنابيب رأسية بالتربة، ثم يركب عليها مضخات لضخ المياه الجوفية من باطن الأرض ومن أعماق مُحدثةً هبوطاً في منسوب الماء الأرضي العالي، ثم تصرف هذه المياه إلى المصارف العمومية أو تستخدم في الري.

واستخدام الآبار الجوفية هو إحدى الطرق الفعالة للصرف الرأسي، وقد تكون في بعض الحالات الوسيلة الميسورة الوحيدة التي تحتم الالتجاء إليه في بعض الأحوال مثل:

1. انعزال الأراضي أو تعذر توصيلها إلى مصارف عمومية لبعدها.

2. وجود طبقات صماء غير عميقة تمنع الصرف السطحي وما تحت السطحي وتمنع تحريك المياه خلالها نحو المصارف وعندئذ نلجأ إلى اختراق تلك الطبقات العليا قليلة المسامية أو الصماء بآبار رأسية تصل إلى الطبقات المسامية أسفلها حيث تنصرف إليها مياه الصرف السطحية من منطقة الجذور خلال مصارف رأسية مثقبة الجدار مملوءة بالبحص المتدحرج في كامل عمقها حتى الطبقات المسامية. ونتيجة لعملية تخفيض منسوب المياه الجوفية العميقة بسحبها بمضخات مركبة على آبار إما مفردة وإمّا في مجموعات ويتبع تخفيض المياه الجوفية الطبيعية العميقة حدوث انخفاض في منسوب المياه الأرضية السطحية، الأشكال (1)، (2).

3. الحالة التي تزيد فيها ملوحة التربة وحيث يكون النزح من الآبار واستمرار مرور المياه من التربة إلى البئر عاملاً يقلل عادةً نسبة تركيز الأملاح، ويساعد على عملية غسيل التربة. ومن ناحية أخرى فإنّ ما يُنزح من مياه قد يستخدم في أغراض الري، وبذلك نجني فائدة إضافية؛ مما يُقلّل كثيراً من نفقات الصرف للعائد المتحصل من استعمال المياه على فرض صلاحيتها للري.

1- اشتراطات ومتطلبات تنفيذ الصرف الرأسي :

1- يجب أن يكون عمق الطبقات الحاملة للمياه عميقة بدرجة كافية ومكونة من طبقات متجانسة بقدر الإمكان وألا يقل هذا العمق عن(10m) .

 2- يجب أن تكون المسامية خلال الطبقات المراد صرفها كبيرة بدرجة تسمح بسرعة سحب المياه بواسطة المضخات.

3- يفضل أن يكون منسوب المياه الأرضية في الطبقات العميقة حراً حتى لا يكون هناك أي حركة لأعلى قد تزيد من تكاليف الرفع ويجب أن تكون المياه متصلة بالمياه الأرضية في الطبقات القريبة من سطح الأرض.

4- يجب الا تُسبب التربة أو المياه في تآكل المواد المصنوعة منها أجزاء البئر وملحقاته.

5- يجب دراسة مدى إمكانية استعمال المياه وللأغراض المدنية والصناعية الأخرى بجانب الصرف، ويجب أيضاً دراسة مدى تداخل المياه المالحة وأثرها.

6 قدرة البئر على الاحتفاظ بعمق مناسب لمستوى الماء الأرضي، وهذا يتوقف على العمق والقطر وطول المصافي ووضع الفلتر وتنظيم مجموعة الآبار.

7- كمية المياه المرفوعة بالمضخات ومدى تأثيرها في تسرب المياه من القنوات ومجاري المياه المجاورة وتكاليف الإنشاء والصيانة.

2- الاعتبارات الخاصة بتصميم آبار الصرف :

هناك عوامل عديدة ينبغي النظر إليها بعين الاعتبار عند تصميم مجموعات الآبار وهذه العوامل أساسية بغض النظر عن طريقة التصميم المتبعة. فمن الضروري مثلاً في بادئ الأمر إجراء أبحاث أولية لتقدير عمق الطبقات الحاملة للمياه وخواصها إذ إن هذه الدراسات هي أساس اختيار أبعاد الآبار وعددها وتقدير كمية المياه التي يمكن الحصول عليها باستخدام الآبار. ثم إجراء بعض التجارب على آبار تجريبية داخل منطقة الدراسة. وهي الاختبارات التي ينبغي القيام بها لتقدير درجة تأثير بئر واحد – بعيداً عن تأثير الآبار المجاورة على مناسيب المياه الجوفية والسطحية على أنه من الضروري استخدام المضخات.

3- العوامل التي تؤثر في اقتصاديات الصرف الرأسي:

العوامل الفيزيائية: تُعد العوامل الفيزيائية المؤثرة على الصرف الشاقولي من أهم العوامل؛ إذ إن الاختيار بين استخدام طرق الصَّرْف الشاقولي أو الأفقي يعتمد بشكل أساسي على الشروط الفيزيائية للمنطقة المعتبرة، وعلى الرغم من ذلك فإن القرار النهائي يجب أن يكون مسؤولاً ومؤسَّساً أيضاً على الاعتبارات الاقتصادية. وبشكل عام فإن الشروط الملائمة للصَّرْف الشاقولي سوف تسمح غالباً أيضاً بالصرف الأفقي، والاختلاف للطريقة عندئذ يعتمد على اعتبارات أخرى، فيما إذا كان بالإمكان استخدام المياه من الآبار للري، وكم من الوقت سوف يستغرق لظهور خطورة الملوحة، ومن الحقائق المعروفة جيداً أن الاختلاف بين الصرف الشاقولي والأفقي هو أنه حالة الصرف الأفقي تُزال الأملاح من المنطقة مع مياه الصرف، بينما في الصرف الشاقولي، فإن المياه عادةً تُستخدم لأغراض الري وهكذا فإن الأملاح تبقى في دورة في التربة مع المياه الجوفية ومن أجل التسهيل سنعتبر أن النفاذية تكون جيدة عندما تكون قيمتها أكبر من (1m/day) والنفاذية ضعيفة جداً إذا كانت أقل من (1cm / day) .

أولاً- الشروط تحت السطحية والجيولوجية: سوف نميز بين منطقة الجذور ومنطقة الصرف والتشكيل الصخري العميق. يمكن أن تُعرَّف منطقة الصرف بأنها جزء من الطبقة التي توجد تحت منطقة الجذور التي تؤثر في المحاصيل، والعمق الذي يكون ذو أهمية للصَّرْف، ومن ثَمَّ يمتد على الأقل إلى الهداب الشعري للمياه الجوفية، وعندما يُعرف عمق الصَّرْف بهذه الطريقة فمن الممكن أن يحتوي على عمق (20m 10-) وذلك للترب السيليتية-الغضارية. والشروط الأكثر مثالية للصرف تحدث عند وجود مادة متجانسة عميقة وذات نفاذية عالية، أما شرط الصَّرْف الأكثر صعوبة فهو عندما تكون مادة متجانسة عميقة مع نفاذية ضعيفة جداً.

بالإضافة إلى ذلك فإن الترب ذات النفاذية الجيدة والتي تتوضع فوق تشكيلات قليلة العمق وذات نفاذية ضعيفة كما هو الحال في وادي الغاب في شمال سورية؛ في هذه الحالة يجب أن لا يتم الصرف بطرق الصرف الشاقولي.

تتضمن الظروف المثالية للصرف الشاقولي ما يلي:

1) عندما تكون مياه الصَّرْف المضخوخة ذات مواصفات جيدة ويمكن استثمارها لبعض الأهداف.

2) عندما تكون النفاذية الأفقية لطبقة الصَّرْف غير مرتفعة كثيراً بسبب طبقات الرمل أو البحص في حال وجودها.

3) عندما تكون طبقة الصَّرْف غير نافذة نسبياً ولكنها ليست غير نافذة كلياً بحيث تمنع الحركة الشاقولية.

(4) عندما تكون لدينا طبقة صخرية مائية رملية أو رملية بحصية ذات نفاذية عالية تحت طبقة الصرف.

وتحت مثل هذه الشروط فإن الصَّرْف الشاقولي يكون له فوائد فيزيائية واضحة أكثر من الصَّرْف الأفقي، وأكثر من ذلك فإن صفات المياه الجوفية العميقة تكون عادة أفضل منها في طبقة الصرف.

ثانياً- الشروط الهيدرولوجية : إن الشروط الهيدرولوجية لكل منطقة يجب أن تؤخذ بالاعتبار أيضاً عند الاختيار بين الصرف الشاقولي والأفقي.

وفي حالة النفاذية العالية المعقولة إلى العمق المعتبر فإن هيدرولوجيا السطح سوف يكون لها تأثير قليل على اختيار الطريقة بسبب سرعة الصرف من الآبار ومن أنظمة الصرف الأفقي التي سوف تكون تقريباً نفسها، وعندما تكون المواد العميقة تحت طبقة الصَّرْف كتيمة فإن هيدرولوجية السطح سوف تكون بشكل واضح إحدى العوامل التي تقرر الشكل والعمق ومسافات المصارف للصرف الأفقي (كما في مشروع الغاب في سورية).

وعندما يكون هناك اختيار حقيقي يجب إجراؤه بين الصرف الشاقولي والصرْف الأفقي؛ أي عندما يكون هناك طبقة عميقة ذات نفاذية عالية، وطبقة الصرف أقل نفاذية، عندئذ فإن هيدرولوجية السطح تكون إحدى العوامل الرئيسية المؤثرة على اقتصاديات الطريقة المختارة.

وفي المناطق حيث معدلات الري المطبق وكثافة مياه المطر عالية، فإن النفاذية الضعيفة نسبياً للطبقات غير العميقة يمكن أن تمنع الصَّرْف الأفقي السريع، وهذا يمكن أن يؤثر سلبياً خلال فترة ارتفاع المياه الجوفية إلى داخل منطقة الجذور، ويمكن أن يسبب تلف محرج للمحاصيل، وفي مثل هذه الظروف فإن الصرف الشاقولي سوف يسبب انخفاضاً سريعاً لسطح المياه غير العميق.

وفي بعض المناطق فإن مستويات عالية من الضغط في الطبقات الصخرية المائية العميقة تدفع المياه نحو الأعلى إلى داخل منطقة الجذور، وهذا يتطلب مسافات أقرب للمصارف الأفقية أو درجة أعلى للاستخراج من أنظمة الصرف الشاقولي، وهذه الإمكانية يجب أن تؤخذ بالاعتبار دائماً.

إضافة إلى العوامل الفيزيائية السابقة نذكر عوامل أخرى تؤثر في اقتصاديات الصرف الرأسي :

1) اختيار المضخات التي تفي باحتياجات خفض منسوب الماء الأرضي المطلوبة مع مراعاة العلاقة بين حجم وعدد المضخات.

(2) تكاليف إنشاء الآبار والمضخات.

(3) تحديد مدة إدارة المضخات وتكاليف الإدارة.

(4) تكاليف التشغيل والصيانة.

(5) احتمال استعمال المياه المرفوعة في الري مباشرة أو إضافتها إلى مياه الري السطحية أو مياه المصارف وحساب مقدار الفائدة التي تعود من استعمال هذه المياه.

4- الأغراض التي يحققها الصرف الرأسي:

(1) أغراض علاجية مؤداها خفض مستوى الماء الأرضي إذا كان مرتفعاً.

(2) أغراض وقائية تنحصر في المحافظة على مستوى الماء الأرضي عند حد معين في الأراضي ذات مستوى الماء الأرضي المنخفض.

(3) التخلص من مياه الري الزائدة في مدة قصيرة يقل حدوث أي ضرر للنباتات.

5- المسافة بين الآبار (المصارف):

تتوقف المسافة بين المصارف الرأسية على:

(1) عمق البئر كلما زاد عمق البئر داخل خزان المياه الأرضية زاد قطر دائرة التأثير وزادت المسافة بين الآبار (المصارف).

(2) قطر البئر كلما زاد قطر البئر زادت دائرة التأثير وزادت المسافة بين الآبار (المصارف).

(3) مسامية التربة كلما زادت مسامية ونفاذية التربة زادت المسافة بين الآبار (المصارف) وكبرت دائرة التأثير.

وبشكل عام فإن الصَّرْف الشاقولي عبارة عن شبكة من الآبار بقطر (70cm 30-) ، وعمق (150-m 20) مكسية بأنابيب مثقبة بحيث تدخل المياه من الفتحات الجانبية عن طريق فلتر ونتيجة لضخ المياه ينخفض منسوب المياه حول البئر، وكما ذكر سابقاً يستعمل الصَّرْف الشاقولي عندما توجد طبقات رملية ذات نفاذية عالية، وعندما تكون المياه الجوفية مضغوطة. ويجري استعمال المياه العذبة المضخوخة للسقاية أما المياه المنخفضة الملوحة فيجري استعمالها للري بعد مزجها بمياه النهر، أما المياه المالحة فيجري صرفها.

إذا أريد خفض منسوب المياه الجوفية في كامل المساحة المروية يجري حفر آبار في كامل المساحة، وتبعد عن بعضها (km 3-1.5) باتجاه الميل و (1.5km 0.7-) باتجاه خطوط التسوية، وهكذا فإن البئر الواحد يخدم مساحة (400hec. 100-) ، وإذا أريد قطع الطريق على المياه الداخلة إلى الأرض المروية فيجري توضع الآبار بصورة خطية.