الانواع الرئيسية للمصارف المائية (المصارف الأفقية المكشوفة Open Drains)

وهي عبارة عن خنادق بالأرض لاستقبال المياه الزائدة عن حاجة النباتات أو المحاصيل أو من مصارف أصغر منها من فوق سطح الأرض أو الرشح من الجانبين أو القاع. وهي تُناسب الأراضي البطيئة المسامية جداً حيث كميات كبيرة جداً من المياه تلزم للزراعة. وتظهر أهميتها القصوى إذا أريد إزالة المياه من فوق سطح الأرض قبل تسربها إلى أعماق التربة لإزالة الأملاح بالطبقة العليا الملحية التي توجد في بدء عمليات استصلاح الأرض وتظهر أهمية الصرف السطحي في المناطق الرطبة. وهذه المصارف تنقسم إلى عدة أنواع منها : المصارف الرئيسية (العمومية)، وتكون مهمتها نقل مياه الصَّرْف إلى حيث يُتخلص منها والمصارف الثنائية والثلاثية والرباعية والحقلية وكل منها لها مكانتها، مثلاً المصارف الحقلية تصب في الرباعية، وهذه في الثلاثية، وهذه في الثنائية، وهذه في الرئيسية وتختلف أبعاد وأعماق وميول المصارف حسب نوع الأرض وحسب كمية المياه المراد التخلص منها. وعادةً تكون جوانب المصرف قائمة أو قريبة من القائمة في الأتربة الطينية والناعمة القوام، وتكون متوسطة الميل في الأتربة الخشنة القوام.

وعادة تنشأ المصارف المكشوفة بقاع عرضه (120cm) ، كما يراوح عمق المصارف الفرعية من (150cm) إلى (300cm) والمصارف الرئيسية من (250cm) إلى (400cm) في المساحات المروية، ويجب ألا يقل عمق المصرف عن (150cm) ، فإذا نقص عن ذلك فإن قدرته على الصرف تقل، وعادة تُنشأ المصارف المكشوفة لتحقق الأغراض الآتية:

1- جمع وصرف المياه السطحية الزائدة نتيجة مياه الأمطار أو الري أو الفيضانات أو غسيل الأرض من الأملاح عند استصلاحها.

2- منع اندفاع المياه من الأراضي العالية أو من مجاري المياه أو بسبب فعل المد والجزر وغمر الأراضي الواطئة أو المجاورة.

3- تجميع تسرب المياه من الأراضي العالية وقطع مسارها.

ولهذا النوع من المصارف مزاياه وعيوبه.

1- مزايا المصارف المكشوفة:

1- انخفاض نفقات الإنشاء الأولية.

2- نقلها كميات كبيرة من المياه.

3- تفحص الانحدار بالنسبة إلى المصارف المغطاة.

4- سهولة التعرف على العوائق بالمصارف وسهولة تطهيرها.

5- أفضليتها في إصلاح الأراضي الملحية أو القلوية والغدقة كما تُفضَّل في صرف الأراضي الطينية الثقيلة.

6- يفضل استخدامها في حالة زيادة مياه الصَّرْف المجمعة من مساحات واسعة حيث لا تنفع المصارف المغطاة.

شكل (1) مخطط يبين مصرفين مكشوفين

2- عيوب المصارف المكشوفة:

1- تشجع على زيادة الإسراف في مياه الري.

2- نقص المساحة الفعلية للزراعة بمقدار (15-20 %) من المساحة الكلية.

3- تعيق وتعطل سير الآلات وعدم التمكن من استخدام المكننة بشكل صحيح وبكفاءة عالية.

4- تساعد على انتشار الحشائش والبعوض والحيوانات التي قد تتجول في مياهها.

5- ارتفاع تكاليف الصيانة لضرورة تطهيرها سنوياً.

6 تعمل على تفتيت الملكيات الصغيرة، ويتعذر تنفيذها حسب الأصول الفنية.

3- تخطيط المصاريف السطحية (المكشوفة)

* يجب تخطيط شبكة المصارف الحقلية والمجمعة والرئيسية بما يتفق مع الوضع الطبوغرافي للمنطقة مع تعديل التخطيط لعمل مصارف بحيث تسير بخطوط مستقيمة قدر الإمكان مع الإقلال من المنشآت الهندسية عليها كالجسور والعبارات والمساقط وغيرها.

* تتوضع أقنية الصَّرْف الرئيسية في المناطق المنخفضة مثل الأودية والمجاري المائية الشتوية، كما أن مصارف درجات مختلفة (أولى وثانية وثالثة).. تتوضع في المنخفضات الثانوية وبمحاذاة الطرق وأقنية الري وحدود المناطق الزراعية.

* من الضروري أن يكون مستوى الماء في المصرف العام وقت الفيضان منخفضاً نحو (30-40cm) عن مستوى الماء في المصارف المجمعة الرئيسية التي تصب فيه بما يحقق الإشراف المطلوب وكذلك لا بُدَّ من تحقيق الإشراف في المصارف المختلفة درجات مختلفة (أولى وثانية وثالثة...).

* إن استصلاح الأراضي الملحية والقلوية يقتضي إمرار مقادير كبيرة من الماء خلال القطاع الأرضي والتخلص من الماء الزائد، كما يقتضي خفض منسوب الماء الأرضي، وكل ذلك يستلزم وجود شبكة من المصارف تستقبل الماء الراشح من باطن الأرض عند العمق المناسب، وتمنع ارتفاع مستوى الماء الأرضي، كما تستقبل المياه الزائدة من القنوات ومن سطح الأرض، وتتدرج هذه الشبكة في مساحة القطاع المدروس، وفي العمق ابتداء من مصرف القطعة حتى المصرف العام. وبالنسبة لتخطيط المصارف يوجد لدينا الحالات الثلاث الآتية:

1. حالة الأراضي المتعرجة: يتم إتباع القاعدة العامة نفسها في التخطيط حيث يُوضع المصرف في أخفض جزء من المساحة بينما الأقنية توضع في المناطق المرتفعة على الجانبين في المنطقة، كما هو موضح بالشكل (2)، حيث تُقسم الأراضي إلى مساحات صغيرة هي القطع، وتكون مساحة القطعة نحو (hectare 1/4) ويجري فيها غسيل الأملاح.

يستقبل مصرَف القطعة (مصرف درجة ثالثة) المياه المصروفة من سطح الأرض وباطن القطعة ويكون عمودياً على ميل سطح الأرض، وتصب مصارف القطع في المصرف المجمع درجة ثانية (مصرف المقسم)، الذي يكون موازياً لانحدار ميل الأرض، وتصب هذه المصارف في المصرف المجمع درجة أولى (مصرف القطاع) الذي يكون عمودياً على انحدار الأرض، وتصب المصارف القطاعية في المصرف الرئيسي (مصرف المزروعة) الذي يكون موازياً لانحدار الأرض، وتصب مصارف المزرعة في المصرف المجمع الرئيسي الذي يكون عمودياً على انحدار الأرض، ويوصل المصرف المجمع الرئيسي بالمصرف العام.

شكل (2)

2. حالة الأراضي قليلة الانحدار (منبسطة) وذات ميل منتظم لا يزيد الميل على (0.0002) أي  cm/km20:

تكون خطوط التسوية متوازية ومتساوية البعد، ويوضع المصرف بحيث يتوسط المسافة بين كل قناتي ري، ويتبع هنا نظام الري ثنائي الإشراف على جانبي قناة الري، ويتلقى المصرف المياه أيضاً من جانبيه (مصرف ثنائي الإشراف) كما هو موضح بالشكل (3) ، مع الملاحظة هنا أنه يمكن إجراء عملية تسوية سطح الأرض بتكلفة قليلة جداً .

شكل (3)

3. حالة الأراضي ذات الانحدار الكبير المنتظم الذي يزيد على (0.0002) : تكون خطوط الكونتور في هذه الحالة أيضاً متوازية ومتساوية البعد فيما بينها، فينتج عندئذ الري من جانب واحد من القناة وكذلك يستقبل المصرف الماء من جانب واحد وتوضع المصارف بجوار الأقنية ولكن من الناحية المرتفعة عنها كما هو موضح بالشكل (4). إن الانحدار الكبير يؤدي إلى نفقات مالية كبيرة لإجراء عملية تسوية سطح التربة من أجل تخفيض مقدار الانحدار، لهذا تجري عملية الري والصرف من جانب واحد أي تروي الأراضي من جانب واحد، وتجمع في الجانب الآخر المياه الزائدة، وهنا تكون المصارف أحادية الإشراف.

4- المقطع العرضي للقناة:

إن المقطع العرضي ذا المردود الأعظمي هو المقطع الذي يعطي التصريف الأعظمي من أجل ميل مُعطى ومساحة مقطع عرضي معلوم، ومن ثُمَّ حين يكون المحيط المبلل أصغر ما يمكن.

شكل (4) تصميم المصارف السطحية (المكشوفة)

وبصورة عامة نستخدم في التصميم علاقة (Manning) في الجريان المنتظم ويعتبر الجريان مستقراً:

فإذا فرضنا أن (A، i ، n) تبقى ثابتة من أجل أي شكل للمصرف فإن التصريف (Q) يتزايد تبعاً لـ (R) ، وبما (R) نصف القطر الهيدروليكي يعطى بالعلاقة:

(المحيط المبلول) / (سطح المقطع المبلول) = (R)

إذا يكون التصريف أعظمياً عندما يكون المحيط المبلول أصغرياً، ومن بين مختلف المقاطع العرضية للأقنية نجد أن الشكل النصف دائري يعطي أقل محيط مبلول إذ تصنع هذه المقاطع من البيتون أو القرميد أو البلاستيك، ولكنها لا تصنع من الترب، إذ إنّ تنفيذه صعب لذلك يستعمل عادة المقطع الشبه المنحرف أكثر من بقية المقاطع، ومن أجل هذه المقاطع نجد أن المقاطع التي تكون بشكل نصف مسدس ذي محيط مبلول أصغري، ومن ثم فهي تعطي أكبر مردود للصرف.

المقاطع المصارف العرضية هي مقاطع في الحفر، ويجب ألا ينخفض عرض مصرف القطعة في القاع عن (30cm) ، ويحدد حسب طريقة تنفيذ الحفر، أما عمقه في البداية فلا يقل عن (m0.8-1) ، وعادة تنشأ المصارف السطحية المكشوفة الرئيسية بقاع عرضه (120cm) وعمقها يراوح بين (400cm 250-) ، وعمق المصارف الفرعية يراوح بين (300cm 50-) في المساحات المروية، ويجب أن يكون المصرف السطحي عميقاً من أجل بقاء منسوب الماء الأعظمي فيه أخفض بمقدار (40cm 20- 30 -) من سطح التربة، وذلك لدى مرور التصريف الحسابي لهذه الأقنية، أما التصريف في الحالات العادية فلا يزيد على (15-10%) من التصريف الحسابي في أكثر الأوقات، أما قاع المصرف فيجب أن يسمح بتصريف المياه من أخفض نقطة في المنطقة المدروسة. ويجب أن يكون منسوب المياه في المصارف السطحية المتقدمة (مثلاً مصرف مجمع رئيسي) أخفض من منسوب المياه في المصارف المستجدة (مثلاً مصرف فرعي) بمقدار لا يقل عن (15cm) قيمة الإشراف المطلوب. وتقدر أمثال خشونة سطح المصرف وَفْقَ الجدول (1):

جدول (1) أمثال خشونة سطح تربة المصرف

5- التصاريف الحسابية:

تحسب المصارف السطحية على تصريف واحد هو التصريف الأعظمي، أما بالنسبة إلى مصارف الحماية والمفرغات والمفيضات ومصارف الدرجات المختلفة فتحسب كما يأتي:

مصارف الحماية: تحسب التصاريف للجريانات السطحية من العواصف المطرية على نحو لا يزيد احتمالها على (10%) مع مقارنة فنية اقتصادية للتصاريف باحتمالات إضافية، وتحسب التصاريف حسب المساحة ومعامل الجريان.

المفرغات: يحدد التصريف لمفرغ القناة الرئيسية أو لفروعها بنصف التصريف العادي لهذه القناة في منطقة المفرغ، أما في نهاية الأقنية الترابية فتُحْسب على أن التصريف يساوي (% 50 - 20) من التصريف العادي في نهايتها.

المفيضات: يحسب تصريف المفيضات على أن التصريف يساوي تصريف القناة بكاملها.

مصارف درجات مختلفة: يحسب تصريف المصارف السطحية المتقدمة على نحو لا يزيد على (%30) من مجموع التصاريف العادية لأقنية الري التي تصب في المصرف السطحي، كما يجب التحقق من تصريف مياه العواصف المطرية، ويتم التصميم على التصريف الأكبر بينهما، أما تصريف المصارف الحسابي في نهاية الأقنية فيساوي تصريف القناة في نهايتها، أما بالنسبة إلى المصارف في عقدة من المنشآت حيث تتفرع عدة أقنية من القناة المتقدمة فيساوي تصريف المصرف إلى تصريف أكبر قناة متفرعة، أما للمصرف قبل منشأة مهمة فيساوي تصريف القناة قبل المنشأة المهمة.

الميول العرضية إلى المصارف: إن استقرار الميول الجانبية عند بناء المصارف السطحية يعتبر عاملاً مهماً جداً يؤثر في إمكانية استقرار هذه المصارف، ويتأثر استقرار جوانب المصرف السطحي إلى حد كبير بنوع التربة. فالتربة الرملية ذات التماسك الضعيف تكون غالباً غير مستقرة، وكذلك الأمر بالنسبة للتربة الغضارية، إذ إنَّه في حال تنفيذ المصارف السطحية في التربة الغضارية فإنه غالباً ما تصير جوانبها موحلة بسبب ضغط الماء الذي تتشربه الجوانب، وهذا الضغط يؤدي إلى رفع جزيئات التربة من الجوانب وترسيبها في قاع المصرف السطحي ومن ثُمَّ إلى تراكم الطمي في القاع، كذلك فإن تربة القاع يمكن أن تُرفع بسبب الضغط الجزئي الناتج عن عدم استقرار أسفل المصرف. هناك عدة طرق لزيادة استقرار جوانب المصْرَف عندما تكون التربة غير مستقرة نسبياً، إذ يمكن زيادة التدعيم بواسطة ضغط سطل الحفارة على تربة الجوانب على سبيل المثال. كما أنه يوجد هناك آلات خاصة تستخدم لهذا الغرض حيث ترص التربة إلى حد معين يضمن استقرارها. وتؤخذ ميول جوانب المصارف العرضية السطحية عادة بين (3:2)، (2:1) ونادراً ما تكون (1:1).

حت وتوضع التربة وعلاقته بميول المصارف الطولية: يقصد بالحت والتوضع هنا جرف تربة المصرف بواسطة المياه ونقلها إلى أمكنة بعيدة حيث تتراكم بشكل طمي في قاع المصرف، وتؤثر نوعية التربة تأثيراً مهماً في هذه العملية، ومن أجل ذلك يجب تصميم ميل المصرف بحسب طبيعة التربة لتجنب حدوث مثل هذه الحادثة. ويُعتمد أثناء التصميم على ملاحظة حفر أو مصارف أخرى في المنطقة ومراقبة الآثار الناتجة عن الحت فيها، وإذا لم يكن هناك مثل هذه المصارف فيُلْحاً عندئذ إلى الإرشادات التي تقدمها الإدارات الحكومية المختصة، إذْ تُعطى ميول المصارف المسموحة الأعظمية حسب نوع التربة.

إن عملية الحت والتوضع تغير ميول الأقنية، فكلما كانت المصارف منبسطة وذات ميول خفيفة زادت كمية التربة المتوضعة، بينما تزيد كمية الحت مع زيادة ميل المصرف.

يتم التخلص من التربة الناتجة عن تنظيف المصارف عن طريق وضعها على شكل أكوام تبعد بمسافات قليلة عن طرف المصرف وتدعى بالمسافة الفاصلة، وتحدد هذه المسافة حسب عمق التربة المزاحة وتوازن مقطع المصرف، ونوع أجهزة الصيانة المستعملة، فكلما قلت هذه المسافة فإن استقرار جانب المصرف سوف يضعف بسبب الضغط الناجم عن وزن أكوام التربة المزاحة، كما أن التربة المزاحة والمتوضعة على جانب المصرف سوف تؤدي إلى خروج مساحات كبيرة من الأراضي الزراعية من الاستثمار، لذا يُعمد في بعض الأحيان إلى فرش هذه التربة في الحقل على أن يتم الانتباه إلى درجة خصوبتها وملوحتها، فقد تؤدي إلى تخفيض مردود الإنتاج في حال كانت ذات درجة ملوحة مرتفعة، الأمر الذي يدفعنا إلى إجراء عمليات الغسيل والاستصلاح.

وتختلف ميول المصارف الطولية السطحية حسب الغزارة المارة ودرجة المصرف وتراوح بين (0.0001 - 0.001) .

سرعة الجريان المسموحة في المصارف السطحية: تراوح سرعة الجريان في المصارف السطحية (0.4-0.5m) وذلك تبعاً لطبيعة تربة المصرف والغزارة المارة وحمولة مياه الصرف من المواد الصلبة العالقة والمتدحرجة والنباتات المائية التي تنمو في المصارف. وفي كثير من الأوقات نادراً ما تتجاوز سرعة الجريان في المصارف على ( 0.8m / sec (0.7) ، ويمكن أن تنخفض سرعة الجريان إلى بضعة سنتمترات في الثانية في المصارف الحقلية.

ملاحظة: قد يتطلب التصميم إنشاء محطات ضخ على شبكة الصرف، ولاسيما إذا كانت كمية المياه الراكدة على سطح التربة الزراعية الواجب إزالتها كبيرة، وكانت التربة الزراعية ذات معدل رشح ضعيف.