السدود الجوفية (تحت السطحية) Sub surface Dams
السدود الجوفية (تحت السطحية)
Sub surface Dams
الدكتور المهندس كنعان عبد الجبار أبو كلل _ مهندس استشاري
عضو لجنة الزراعة والري ، المنتدى العراقي للنخب والكفاءات
المقدمة :
السد الجوفي هو خزان يتم إنشاؤه عندما يتم انشاء سدة للمياه على نهر رملي لتقيد تدفق المياه السطحي , مما يسمح للمياه والرمال التي يحملها الفيضان بالاستقرار والتخزين في السد ومع ذلك , في السد تحت السطحي , يكون جدار السد تحت سطح قاع مجرى النهر .
وبمعنى آخر فأن السد الجوفي هو منشأ لتخزين المياه الجوفية في مسام الطبقات الأرضية لأستخدم المياه الجوفية بطريقة مستدامة , ويتكون السد الجوفي بشكل أساسي من جسم السد ( جدار فاصل ) , يتم بناؤه على طبقة غير منفذه نسبيا في التربة والصخور المتصدعة , بهذه الطريقة يتم حبس تدفق المياه الجوفية ليسهل استخراج المياه واستخدامها على مدار العام , بحيث تكون قمة السد على ارتفاع محسوب يسمح بتدفق المياه الجوفية الزائدة فوق قمة السد لإعادة شحن طبقات المياه الجوفية في اسفل السد .والجزء العلوي من السد الجوفي يكون على مستوى قاع النهر .
ويمكن حجز المياه في السد الجوفي ( الرملي ) لفترة طويلة بسبب انخفاض الفواقد المائية بالتبخر . تستخدم المياه في السدود الجوفية للشرب وسقي المواشي والري التكميلي للمزروعات.
لذلك ستكون هناك حاجة لأنشاء السدود تحت الأرض , وهي ستكون احد الحلول المستقبلية لتخزين المياه السطحية المتسربة للطبقة المسامية وباطن الأرض من الأمطار , وتكون لها استخدامات سطحية فوق الأرض .
مقارنة بالسدود السطحية التقليدية فأن السدود الجوفية لها مزايا عديدة نذكر منها :
- خسائر التبخر منخفضة جدا
- لا يوجد انخفاض في حجم التخزين بسبب الطمي , وبالتالي يمكن ان يكون العمر الافتراضي للسد تحت سطح الأرض اكثر ديمومة بسبب عدم تراكم الرواسب في الخزانات .
- بما ان المياه التي يتم ضخها تنتشر في اتجاه مجرى السد الجوفي , فأن جزء من المياه المستخرجة يعود الى التخزين , مما يسمح بإعادة تدوير المياه .
- المياه المخزونة اقل عرضة للتلوث وتجنب المخاطر الصحية بسبب البعوض وتكاثر النواقل الأخرى للأمراض .
- نظرا لأنه يتم تخزين المياه تحت الأرض , يمكن تجنب غمر المنازل والأراضي وبالتالي يمكن استخدام الأرض الموجودة فوق السد الجوفي كما كانت قبل انشاء السد .
- عدم وجود كوارث محتملة ناجمة عن انهيار جدران السدود .
- يمكن خفض تكلفة بناء الجدار الفاصل عن طريق تخفيفه , بشرط يفي بمتطلبات النفاذية اللازمة .
- بما ان المياه يتم تخزينها تحت الرمال , فأنه لا تتعرض للضياع عن طريق التبخر حيث يقل التبخر . ويمكن ان يكون التبخر صفرا عندما يكون مستوى الماء 60 سم او اكثر تحت سطح الرمال .
- المياه المخزونة في السدود الجوفية ذات نوعية جيدة للشرب حيث يتم تصفيتها بالرمل وتخزينها تحت الأرض بعيدة عن التلوث .
- حيث تقع السدود الجوفية تحت سطح الأرض وبالتالي لا يمكن ان تتضرر بسبب الفيضانات او التعرية او التقويض او غير ذلك من العوائق المادية.
- يمكن الاستفادة من الحرفيين المحليين في تصميم وبناء السدود الجوفية , حيث انه ليس معقدا.
- يمكن بناء الجدران الساندة باستخدام التربة الطينية الموجودة على ضفاف الأنهار القريبة ويمكن استخدامها بدلا من الخرسانة.
- تكلفة المسح والتصميم والبناء ارخص من أي نوع آخر من منشآت امداد المياه في المناطق شبه القاحلة وشبه الصحراوية .
- اثناء الجريان المتدفق العالي , لايزال بإمكان مياه الري المرور فوق السد للوصول الى الأشخاص الذين يعيشون في مؤخر السد .
- بمجرد بناء السدود الجوفية , فأنها تتطلب القليل من الصيانة او لا تتطلب أي صيانة .
- يمكن أيضا استخدام سدود المياه الجوفية لمستجمعات المياه الخضراء من خلال استخدام تسرب المياه الجانبي لخزان السد الجوفي .
- عدم وجود كوارث محتملة ناجمة عن انهيار جدران السد .
عيوب السدود الجوفية وتقيداتها هي :
- يتمثل القيد الرئيسي للسدود الجوفية في انه نظرا لتخزين المياه تحت الأرض , فان هناك حاجة الى أجهزة لرفع المياه او المضخات لاستخراج المياه للاستخدام .
- يتطلب سدا طبيعيا يصعب الحصول عليه . او قد يكون الموقع المثالي موجودا في منطقة نائية بعيدا عن مستخدمي المياه .
- يتطلب اختيار الموقع اجراء تحريات جيولوجية وهيد وجيولوجية مكثفة .
- فعالية منخفضة لتخزين ا لمياه , يتم تخزين المياه في مسام الطبقات الجيولوجية , وبالتالي يتم تحديد حجم المياه المحجوزة بحجم تلك المسام ( المسامية الفعالة ) , ويصل فقط من 10 الى 30 بالمائة من حجم طبقة الخزان .
- اعتراض تدفق المياه الجوفية في اتجاه مجرى النهر قد يمنع السد تحت السطحي من تدفق المياه الجوفية في اتجاه مجرى النهر , ويستنزف المياه الجوفية في منطقة المصب , ومع ذلك , لايتم دائما إعادة شحن المياه الجوفية في منطقة اسفل النهر فقط بالمياه الجوفية من منطقة موقع السد .ويمكن تصميم السد مع منشأ يسمح لتصريف جزء من المياه المحجوزة . لذلك يمكن , تجنب هذه المشكلة عن طريق الأختيار المناسب للموقع الذي يأخذ في الأعتبار آلية تدفق المياه الجوفية .
- قد يتعرض تدفق المياه الجوفية في اتجاه المصب لتدفق منخفض للمياه .
- قد يؤدي انخفاض منسوب المياه الجوفية اسفل المجرى الى هبوط الأرض .
- قد يؤدي انخفاض منسوب المياه الجوفية في اتجاه المصب الى تسرب مياه البحر .
- تخزين المياه الجوفية والاحتفاظ بها قد يتسبب في التمييع والأنشطة الزلزالية في طبقة المياه الجوفية المحيطة .
- قد يؤدي ارتفاع مستويات المياه الجوفية وانخفاضها في اتجاه المصب واسفله على التوالي , الى تغيرات في الغطاء النباتي والحياة الحيوانية والنباتية .
- تخزين المياه الجوفية والاحتفاظ بها قد يتسبب في زيادة ضغط مسام التربة , مما يؤدي الى زيادة ارتفاع الضغط على البنى التحتية .
- سعة السد , وهي دالة تتوقف على كفاءة الوظيفة المسامية الفعالة للوسط , وهي منخفضة مقارنة بسدود السطح التقليدية .
- قد يكون من الصعب اجراء تقدير دقيق للحجم الاحتياطي للمياه الجوفية .
- قد تكون مراقبة جودة بناء السدود الجوفية من الصعوبة بسبب الاختفاء تحت الأرض .
السدود الرملية :
السدود الرملية مصطلح يستخدم بشكل عام لوصف نوع معين من سد المياه الجوفية الذي تم تشييده في مجاري الأنهار الرملية , هناك نوع مختلف قليلا من “السد الرملي “
حيث يتم بناء سد غير منفذ في قاع نهر لايحتوي على الكثير من الرواسب النفاذة , لحبس الرمال عندما يكون تدفق النهر مرتفعا , وأنشاء ” طبقة مياه جوفية اصطناعية ” يخزن هذا الخزان الجوفي الاصطناعي المياه الجوفية , وهي أيضا محاصرة خلف السد , تتمثل احدى الطرق الفعالة بشكل خاص في بناء السد على مراحل :
أولا – يتم تصميم جدار منخفض لاحتجاز الرواسب الخشنة ( الحصى والرمل الخشن ) التي تكون أكثر نفاذا .
ثانيا – السماح للرمل الناعم والطمي الذي يحمله مياه النهر بالتدفق فوق الحائط .
ثالثا – يتم رفع هذا الجدار تدريجيا لمواصلة محاصرة الرواسب الأكثر نفاذا فقط .
وهذه الطريقة في بناء السد الجوفي في بعض الأحيان اغلى من بناء الجدار بالكامل في مرة واحدة .
من الناحية العملية , فأن العديد من مخططات سدود المياه الجوفية عبارة عن أنظمة هجينة للسد الرملي فوق الأرض وسد المياه الجوفية تحت الأرض , يتم حفر طبقة المياه الجوفية الموجودة تحت الأرض في وادي نهر حتى الوصول الى طبقة غير منفذة , وفي نفس الوقت يتم بناء جدار على ارتفاع معين فوق مستوى سطح الأرض , لحبس الرواسب الأضافية وزيادة حجم الخزان الجوفي , وبالتالي كمية الماء التي يمكن تخزينها فيه .
اختيار موقع السد :
السد تحت سطح الأرض يجب ويفضل إنشاؤه على سدة تحت سطح الأرض , والسدة هذه هي طبقة من الصخور الصلدة التي تلتصق للأعلى تحت سطح الأرض وبالطبع توقف تدفق المياه الجوفية من الجريان .يعد الموقع الصحيح للسدود الجوفية والرملية امرا مهما لتقليل اعمال الأنشاء وتعظيم السعة التخزينية .ولتحديد مواقع السدود المذكورة يؤخذ بنظر الاعتبار ما يأتي :-
- مواقع على نهر رملي سريع الزوال (موسمي ) وقاع النهر جاف والذي يغرق بشكل دوري بالفيضان خلال المواسم العادية .
- يتطلب بان تكون قيعان الأنهر مكونة من رمل خشن , حيث تحتوي على فراغات كبيرة لتوفير اقصى قدر من تخزين المياه – وكلما كانت الرمال ناعمه ,قل حجم المياه التي يمكن تخزينها .
- المواقع الخالية من الصخور او الصخور المتكسرة او المالحة . اذا كانت الرواسب المتكلسة موجودة في الخزان او عند منبعه , فان مياهه ستكون مالحة اومملحة .
- المواقع التي تبقى فيها فتحات المياه موجودة لمدة شهر على الأقل بعد هطول الأمطار .
- كلما كان ذلك ممكنا , من المستحسن تشييد جدار السد عند اضيق نقطة حيث تصنع الصخور القاعدة ذات النفاذية المنخفضة ممرا به طبقة مياه جوفية واسعة في اعلى المنبع , كما في حالة السدود السطحية .
- يمكن ان يخزن الرمل الخشن كمية من الماء اكثر من الرمل ناعم الحبيبات , وبالتالي فأن مجاري الأنهار التي تحتوي على رمل خشن هي الأفضل .
- لا ينبغي وضع السدود الجوفية حيث يمكن ان تلوث نفايات القرى والأماكن الأخرى قاع النهر .
- يجب ان لا يحتوي خزان السدود الجوفية على تربة مالحة او صخور مالحة , لأن ذلك سيجعل المياه مالحة .
- لأغراض الحفاظ على التربة , يجب انشاء السد في اقرب مكان ممكن من مصدر التيار المائي حيث يبدأ الماء في تآكل التربة .
- لزيادة امدادت المياه ولأغراض الحفاظ على التربة , قد يكون من الأفضل بناء سلسلة من السدود الصغيرة على طول نفس المجرى , بدلا من بناء سد واحد كبير . وتؤدي سلسلة من السدود الصغيرة الى زيادة الطمي في المياه وتحسين المغاض للمياه اكثر من سد واحد .
انشاء سدود المياه الجوفية :
غالبا ما تبنى سدود المياه الجوفية في وديان الأنهار , حيث توجد طبقات المياه الجوفية الرملية والحصوية النفاذة ولكن الضيقة والضحلة والتي يحدها بوضوح من كل جانب واسفلها طبقة صخرية منخفضة النفاذية , . في هذه الحالة من السهل نسبيا انشاء سد يمر عبر طبقة المياه الجوفية بأكملها ويمنع المياه الجوفية من مغادرة المنطقة التي تم سدها .
ويجب بناء سدود المياه الجوفية في طبقات المياه الجوفية التي تتمتع بمستوى عال من التخزين والنفاذية لتوفير الاستخدام المطلوب , ومن الناحية المثالية تكون مقيدة بشكل جانبي ( على سبيل المثال ضيقة ) بدرجة كافية بحيث يمكن بناء السد عبرها مباشرة , قد تكون هناك حاجة للاختبار الهيدرولوجي لخزانات المياه الجوفية لجمع البيانات اللازمة لتحديد مكان بناء السد , عادة ما يتم انشاء تلك السدود حيث يكون التدرج السطحي ضحلا , عادة 2-4% .
في نهاية مجرى المياه الجوفية المراد سدها , يتم حفر تجويف رأسي في الأرض , اذا امكن وصولا الى قاعدة الخزان الجوفي – يمكن ان يكون هذا طبقة غير منفذة من الطين اسفل طبقة من الحصى , او طبقة صخرية منخفضة النفاذية , تحت الطمي رمال في وادي نهر .
يتم بناء جدار عمودي غير منفذ في التجويف لتشكيل السد . يمكن ان يكون هذا الجدار مصنوعا من الطين او الحجر او الطوب او الخرسانة , ويمكن تغطيته بأغطية بلاستيكية او أسمنت .
تحديد سعة التخزين :
حجم المياه التي يمكن استخلاصها من السد الرملي/ الجوفي المشيد بشكل صحيح يعتمد على خشونة وحجم الرمال الموجودة في السد . والحد الأقصى لحجم المياه الجوفية تعادل 35% منالحجم الكلي للرمال . ويمكن تقدير حجم الرمال في سد رملي باستخدام الصيغة التالية :
Q = L X T XD
حيث ان :
Q – سعة التخزين او الحجم بالمتر المكعب
L – طول جدار السد بالمتر عند مستوى الرمال الكامل
D – اقصى عمق بالمتر
T – هو الارتداد ( أقصى طول لسطح الماء) بالأمتار
استخراج المياه الجوفية من خلف السدود الجوفية :
يمكن استغلال المياه الجوفية التي تتراكم في الخزان الجوفي خلف سد المياه الجوفية باستخدام التقنيات القياسية , في طبقات المياه الجوفية بعيدا عن وديان الأنهار النشطة – حيث لا يؤدي تدفق الأنهار الموسمي الى اتلافها – يمكن حفر الآبار الدائمة او حفر الآبار , وتركيبها بمضخات مناسبة لتلبية الظروف والمتطلبات المحلية .
في طبقات المياه الجوفية في وادي النهر ( الغريني ) , حيث يعني التدفق الموسمي للأنهار انه لا يمكن بناء منشآت سطحية دائمة في الوادي , يمكن استغلال المياه الجوفية المخزونة بالوسائل التقليدية عن طريق حفر آبار دائمة او حفر آبار موسمية في الأرض , ومثل جميع الآبار المفتوحة , فأن هذه الآبار معرضة بشدة للتلوث وليست ملائمة 11للأستخدام .
يمكن أيضا استخدام تقنيات اكثر تعقيدا للحفر بشكل جانبي في طبقة المياه الجوفية في الوادي الغريني من جانب الوادي الذي يكون جافا على مدار السنة , تسمى أحيانا “الآبار الأفقية ” او ” الآبار المجمعة ” او ” دهاليز ترشيح ” او في بعض الحالات ” الآبار الشعاعية ” , وهي في الأساس آبار افقية تستغل المياه الجوفية في طبقات المياه الجوفية في الوادي الغريني والقناة اعلى جانب الوادي الى غرفة تحت الأرض ( بئر رأسي قياسي ) مثبت عليها مضخة .
