الادارة الهندسية

الانشاءات

الطرق والمواصلات

الموارد المائية

هندسة الجيوتكنك

الجريان السطحي Surface Runoff

المؤلف: أ.د. عصام محمد عبد الماجد +د. عباس عبد الله ابراهيم

المصدر: هيدرولوجيا

الجزء والصفحة:

2023-06-14

821

يرمز للماء الذي لا يتسرب إلى داخل الأرض بالماء السطحي، ويظهر مباشرة في شكل سريان سطحي فوق تربة غير مسامية مشبعة. ثم لا تلبث المياه أن تتجمع في شكل بحيرات أو خزانات كبيرة وأنهار، أو قد تظهر من المياه الجوفية على سطح الأرض في شكل ينبوع وغدير . وبعد انسياب المياه على السطح تحمل معها ملوثات كثيرة ربما أضرت بصحة الإنسان وحيواناته مما يحتم معالجتها وإزالتها من الماء.

تتكون الأنهار والروافد من الدفق والجريان السطحي لمياه الأمطار، أو من الجليد والصقيع الذائب في المناطق الباردة، أو ربما كان مصدرها من الينابيع. وتختلف كمية ونوع مياه الأنهار طبقاً لعدة عوامل مختلفة تتعلق بالظروف المناخية والديمغرافية والجغرافية والجيولوجية والهيدروجيولوجية بالمنطقة. وربما قلت مياه الأنهار في زمن التحاريق مما يجعل الناس المعتمدين عليها يواجهون ظروفا صعبة. هذا بالإضافة إلي أن الأنهار عرضة للتلوث بالفضلات والمخلفات الإنسانية والحيوانية والزراعية والصناعية والتربة مما يحتم العمل على معالجتها قبل استخدامها. كما وتحتاج مياه الأنهار إلي منشأة لأخذ الماء (Intake) ونظام ضخ مناسب. ومن المعروف أن الأنهار والروافد عادة لها تغيرات موسمية كبيرة مما يؤثر كثيراً على موضع منشأة مأخذ الماء ونوع المياه عبرها. ففي موسم الأمطار تكثر المياه غير أن حدوث أي فيضان قد يهشم منشأة مأخذ الماء، مما يجب معه العمل على تفادي هذه المشكلة. ويقل دفق الماء في موسم التحاريق (الجفاف)؛ بل ربما جف النهر تماماً مما يتحتم معه التفكر في مصدر آخر للماء. و تكثر في الأنهار السريعة الجريان مشاكل النحر والهدام، مما يجب معه تصميم . منشأة أخذ الماء ووضع التخطيط المناسب لكل حالة.

ومن أمثلة الأنهار نهر النيل الذي يعد ثاني أكبر أنهار العالم حيث يبلغ طوله من أقصي نقطة عند منبعه من بحيرة تنجانيقا إلى البحر الأبيض المتوسط حوالي 4000 ميلاً ولا يفوقه طولاً إلا نهر المسيسبي الذي يبلغ طوله نحو 4200 ميلاً. وتصل مساحة حوضه ما يقرب من مليونين وتسعمائة ألف كيلومتر مربع . غير أن هناك عدة أنهار تفوق نهر النيل في التصرف السنوي إذ يبلغ متوسط الدفق السنوي له 84 مليار مقاسة في أسوان متوسط الفترة من 1912م إلى 1957 (31)، ويتذبذب الإيراد الفعلي للنيل يومياً وفصلياً من عام للآخر، فقد وصل هذا الإيراد في 1878 إلى 1879 إلى نحو 137 مليار وفي الأعوام 1913 إلى 1914 انخفض إلى 45.5 مليار. يبدأ نهر النيل في البحيرات الاستوائية وتغذيه مجموعة حوض بحيرة فكتوريا ومجموعة نهر سمليكي. تقع بحيرة فكتوريا في وسط الهضبة الاستوائية ويبلغ مساحة حوضها حوالي 67 ألف كيلومتر مربع ويصل متوسط عمقها إلى 40 متراً ويبلغ متوسط المطر في حوضها 1190 ملم. ونصيب البحيرة من مجموع الأمطار لا يتجاوز 8 بالمائة بسبب التسرب والبخر ويختلف مستوى البحيرة بسبب التموجات السطحية، واختلاف عوامل المناخ من ضغط ورياح، وظاهرة المد والجزر. ويبلغ التدفق السنوي لنهر الأمازون في أمريكا اللاتينية 2500 مليار ونهر الكنغو 1250 مليار. ويمثل متوسط الدفق السنوي لنهر النيل حوالي 6% من كمية المطر الكلي الهاطل في حوض النيل. ويوجد تغير كبير في تصريف المياه في النهر حيث نجد أن أكثر من %80 من الدفق المتوسط يحدث خلال الشهور من أغسطس إلى أكتوبر، و 20% منه يحدث في بقية الأشهر التسعة الباقية من العام. وتشارك روافد النهر بنسب مختلفة من مجموع الدفق السنوي الكلي حيث يسهم النيل الأزرق بحوالي %59 و 14 لنهر سوباط و 13% لنهر عطبرة و 14% لبحر الجبل ويتضح من هذه النسب أن %85 من الإيراد السنوي للنهر يأتي من الهضبة الإثيوبية، و 15% من شرق أفريقيا. وخلال موسم الفيضان تتغير نسب المشاركة من الروافد على النحو التالي: 68% النيل الأزرق، و 22% عطبرة، و 5% سوباط، و 5 %بحر الجبل . وتقدر نسب مشاركة روافد نهر النيل كما في الجدول (1).

جدول 1 نسب مشاركة روافد نهر النيل

ويعني هذا أنه خلال موسم الفيضان إن 59 % من المياه تأتي من المرتفعات الإثيوبية، و5 % من شرق أفريقيا. أما خلال موسم التحاريق فتأتي 60 % من المياه من الهضبة الإثيوبية، و 20 % من شرق أفريقيا. وتنسب التقديرات المتدنية للنيل الأبيض مقارنة مع النيل الأزرق إلى البخر الكبير للمياه في منطقة السدود ولضياع المياه في المنطقة حوله لعدم وجود ضفاف عالية على جانبيه. وللنيل الأبيض دفق مستقر نسبياً عند مقارنته بالنيل الأزرق، مما يستدعي معه القيام بالتخزين لمياه النيل الأزرق لأغراض الزراعة وغيرها. كما تقوم منطقة السدود بحجز الطمي في النيل الأبيض الشيء الذي يقلل من درجة تركيز المواد الصلبة في مياهه. وتوجد أعلى كمية من المواد الصلبة في مياه النيل الأزرق إذ تتراوح قيمة المواد الصلبة العالقة أثناء الفيضان بين 1600 إلى 5400 ملجم/ لتر، منها حوالي 45 رمل و 15 غرين وطمى و 40 % طين. ويؤثر الطمي كثيراً على عمل وأداء الخزانات والسدود وقني الري ونسبة لزيادة الرقعة الزراعية في دول حوض النيل كان لابد من عمل منشآت ضبط وتخزين لتفي باحتياجات الزراعة المروية أثناء فترات الجفاف والتحاريق ومن ثم إنشاء خزانات وقناطر على نهر النيل حيث أنشئت القناطر الخيرية في عام 1863 وسميت في عام 1939 بقناطر الدلتا، وتم بناء خزان أسوان في عام 1904م لتخزين مليار واحد من الماء، ثم تمت تعليته في عامي 1912م و 1938م ليسمح بتخزين ثلاثة مليار وتمت تعليته ثانية في عام 1933 ليخزن 5 مليار وأنشئت في نفس الفترة قناطر إسنا وأسيوط وزفتي، وشيدت في الفترة من 1927 إلى 1930 قناطر نجع حمادي. وتم إنشاء خزان جبل أولياء في عام 1937م على النيل الأبيض بتخزين كلي 2.5 مليار من المياه. وفي عام 1925م تم إنشاء خزان سنار لتخزين 0.8 مليار م لري مشروعي الجزيرة والمناقل ومشاريع الضخ في مجرى النيل وروافده.

يمكن تقسيم الانسياب على حسب مصدره إلى :

1- انسياب سطحي: ويمثل الانسياب السطحي جزء الانسياب المتدفق فوق سطح الأرض بوساطة قني أو أنهار أو خيران أو أودية أو شعاب ليصل إلى مخرج الحوض الساكب.

2- انسياب تحت السطحي : ويمثل هذا القسم الجزء من الأمطار المتسربة إلى التربة والمتحركة أفقياً ليمثل المياه الجوفية الضحلة.

3- انسياب جوفي : ويمثل هذا النوع من الانسياب ذلك الجزء الناتج من جراء تخلخل المياه المتسربة إلى داخل الأرض مكونة المياه الجوفية.

ولأسباب عملية عند تحليل الانسياب السطحي يمكن تقسيم القيمة الكلية لانسياب الأنهار إلى انسياب مباشر Direct Flow وانسياب قاعدي Base Flow . أما الانسياب المباشر فيمثل الانسياب الداخل للنهر مباشرة بعد هطول الأمطار أو ذوبان الجليد والانسياب القاعدي يمثل الانسياب الحقيقي. وهناك عدة عوامل تؤثر على الانسياب السطحي منها عوامل تتعلق بالمناخ (مثل: الأمطار والتبخر ، ودرجة الحرارة، والرياح، والضغط الجوي، والإشعاع الشمسي، والرياح والرطوبة وعوامل طبيعية (مثل خواص الحوض الساكب، وخواص المجرى). ويمثل الحوض الساكب المساحة التي تغذي النهر أو البحيرة وينقسم الحوضين: سطحي وجوفي. وقد يتطابقا أو يختلفا حسب ما موضح بالأشكال 1 (أ، ب، ج، د). ففي شكل (أ) الجريان السطحي AB متطابق مع الجوفي ab أي أن السطحي يتغذى من الجوفي). وفي شكل (ب) السطحي أكبر من الجوفي (أي أن السطحي يتغذى جزيئاً من الجوفي). وفي شكل (ج) الجوفي أكبر من السطحي (أي أن هناك تغذية أكبر للسطحي). أما في شكل (د) فالجوفي بعيد (أي أن هناك تغذية قليلة أو منعدمة للسطحي).

شكل 1 الجريان السطحي والجوفي

العوامل المؤثرة على الجريان السطحي :

الجريان السطحي هو حركة الماء تحت تأثير الجاذبية الأرضية في مجاري سطحية محددة. ولأنه عنصر مهم في الدورة الهيدرولوجية فإنه يحظى باهتمام كامل من حيث رصد بيانات قياساته وتحليلها للاستفادة منها في دراسات المشاريع الهندسية الاقتصادية. ويتأثر الجريان السطحي بكميات الهطل وتوزيعه وكذلك البخر ومقداره. وللمياه الجوفية أهميتها خاصة في فترة الجفاف حيث يتغذى الجريان السطحي من المياه الحرة أو الارتوازية باستمرار أو موسمياً؛ وأحياناً يفقد الجريان السطحي بعض مياهه باستمرار أو موسمياً كما مبين بالشكل 2 والذي تمثل فيه (a) سطح المياه الجوفية تحت مجرى النهر ؛ (b) طبقة حاملة للمياه مائلة بجانب يغذي وجانب يسرب؛ و (c) وجود مجريين متوازيين أحدهما أعلى من الآخر ويتغذى السفلي من العلوي.