دراسة هيدروجيولوجية لانشاء بئر جوفى لانتاج وتعبئة مياه طبيعية ومعدنية على عمق 250 متر بالمنطقة المقابلة للمنطقة الصناعية الثانية ببلبيس (طريق بلبيس-العاشر من رمضان)

دراسة هيدروجيولوجية لانشاء بئر جوفى لانتاج وتعبئة مياه طبيعية ومعدنية على عمق 250 متر بالمنطقة المقابلة للمنطقة الصناعية الثانية ببلبيس

(طريق بلبيس-العاشر من رمضان)

بلبيس

إحداثيات: 30°25′N 31°34′E

تقسيم إداري
البلد	مصر
المحافظة	محافظة الشرقية
خصائص جغرافية
المساحة = 20.8 كم مربع
الأرض = 11.76 كم مربع
المياه = 9.04 كم مربع
الارتفاع عن مستوى البحر = +3 متر
معلومات أخرى
خط العرض	31.11667
خط الطول	30.63333
التوقيت	شرق خط الطول الرئيسي (توقيت القاهرة المحلي +2 غرينيتش)
الرمز البريدي	44713

الموقع العام

مدينة بلبيس بمحافظة الشرقية بمصر، من أقدم مدن مصر وكانت تعتبر في العصور الأولي لمصر كمدخل ومعبر للوافدين على مصر.
وهي أول مدينة بني فيها مسجد فيأفريقيا وهو مسجد سادات قريش، هي أيضا أول مدينة تستقبل الملك الصالح أيوب عندما حكم مصر وأحدث بها الكثير من التطويرات

وهي اقرب المدن إلي مدينة العاشر من رمضان وبينهما 20كم وتمد العاشر من رمضان بالقوة البشرية التي تمثل معظم عمالة المصانع بالعاشر من رمضان وتبعد بمسافة 20كم عن مدينة الزقازيق يحد مركز بلبيس من الشمال – مركزي الزقازيق وأبو حماد يحدها من الغرب - مركزى منيا القمح وأبو حماد يحدها من الجنوب – محافظه القليوبية يحدها من الشرق - محافظة الإسماعيلية

الثروات الطبيعية ومجالات الاستثمار

من أهم الثروات الطبيعية (طفله –زلط- رمال -البرتقال -والموالح)

ويوجد بها منطقتين للاستثمار

المنطقة الأولى

على طريق بلبيس القاهرة الصحراوي ومساحتها 700 فدان بها
صناعات (غزل ونسيج – مواد غذائية - كيماوية ودوائية - خشبية – هندسية- مواد - أنشطة أخرى).

المنطقة الثانية

وتقع على طريق بلبيس العاشر مساحتها 72 فدان تم تخطيطها بواسطة الأجهزة الفنية والتخطيطية المتخصصة في المحافظة وتم تقسيمها إلى 191 قطعة أرض مساحات 1000م2بها
صناعات (غزل ونسيج - مواد غذائية-كيمياوية- ودوائية- هندسية - مواد بناء- معدنية...أنشطة أخرى).

المنـــــاخ

الانخفاضات الـجـوية :
تتأثر الأجزاء الشمالية من المحافظة بالانخفاضات الجوية في البحر المتوسط مما يؤدى إلى سقوط أمطار في فصل الشتاء .

المــــطر :
تزداد كمية المطر شمالا وغربا وتقل كلما اتجهنا جنوبا وغربا لتصل في فصل الشتاء إلي زورتها .

درجــــات الحرارة :
معتدلة بصفة عامة حيث يبلغ متوسط درجة الحرارة صيفا حوالي 27 درجة مئوية أما شتاء فهي 18 درجة مئوية وبشكل عام نجد درجات الحرارة تزداد في الجنوب والشرق من المحافظة وتقل نسبيا في الشمال والغرب بمعدل يتراوح بين درجتين وأربع درجات 0
تصل أقصي درجات الحرارة انخفاضا في شهر يناير حيث تصل إلي 7 درجة مئوية والقصوى 19 درجة مئوية، وتصل درجة الحرارة أقصى مداها في شهر أغسطس حيث تصبح درجة الحرارة في حدها الأقصى إلي 34 درجة والأدنى 22 درجة أما المتوسط فتصل إلي 28 درجة مئوية الأمطار متوسط سقوط المطر في بليبس يصل إلي مداه في شهر يناير ويليه شهر نوفمبر وبالترتيب ديسمبر، مارس، فبراير، أكتوبر، أبريل علي السواء وينعدم المطر في كلا من يونيو ويوليو وأغسطس وسبتمبر ومتوسط البخر خلال السنة يصل مداه ألي 16 في شهر أغسطس وأقلهم في شهري يناير وفبراير وتصل متوسط البخر فيهما ألي 7 درجات ويصل متوسط درجات الرطوبة يصل إلي مداه في شهر أكتوبر أقل نسبة لها في شهري أبريل ومايو.

الرطـــوبة :
بالنسبة للمعدل السنوي للرطوبة النسبية فيبلغ حوالي 74 % غير أنها ترتفع في فصل الشتاء إلي 80 % وتنخفض في فصل الصيف إلي 72 % وفي فصل الربيع إلي 62 % .

الريـــــاح :
تقدر نسبة الرياح الشمالية الشرقية والشمالية الغربية بنحو 66 % من جملة الرياح التي تهب على المحافظة وهى رياح ذات تأثير ملطف لدرجة الحرارة أما الرياح الجنوبية الغربية فقد بلغت نسبتها 10 % من جملة الرياح التي تهب على محافظة الشرقية وتهب في شهور الصيف ، الربيع وهي محملة بالأتربة وترفع من درجات الحرارة وله تأثير سيئ على الإنسان والحيوان والنبات وهي ما تعرف باسم الخماسين .

الضبـاب :
من الظاهرات المناخية المعروفة في محافظة الشرقية وهو يكثر في شهور فصل الشتاء خاصة في الساعات الأولى من النهار وله تأثيره السيئ على طرق ووسائل النقل حيث يتسبب في تعطيل حركة المرور وأحيانا يؤدى إلى حوادث على الطريق .

السطح والتربه
هناك بعض الكثبان الرملية في السهل الرملي وجزء منه متمثل بمركز فاقوس ولها أثارها السيئة علي عمليات استخدام الأراضي واستصلاحها للزراعة وهي موجودة علي مناسيب مختلفة تتراوح بين 10 م : 45 م فوق مستوي سطح البحر أما طبيعة التربة في بلبيس فهناك جزء منها يتكون من تربة منقولة بفعل الرياح وهناك مناطق نجد التربة مختلطة التكوين بين الأراضي الرملية وترسيب مياه النيل، وفي جنوب بلبيس نجد التربة رملية التكوين، ومن ذلك نجد أن تربة المركز تتميز بالتنوع.

الرياح السطحية :
متغيرة فى فصل الشتاء ولكنها غالبا ما تكون بين الجنوبية والغربية وتكون متغيرة فى الانتقالية . ولكنها تكون فى الغالب بين الشمالية والشرقية والشمالية الغربية اما فى الصيف فتكون الرياح السائدة بين الشمالية والشمالية الشرقية .

الرياح العاصفة :
فتكون جنوبية غلابية او شمالية غربية ونادرا ما تكون شمالية شرقية . . والرياح العاصفة تحدث مرات قليلة فى فصل الشتاء والربيع والخريف مصاحبة للمنخفضات الجوية والمتوسط السنوى الرياح تصل الى 12 كم/ساعة .

الامطار :
تسقط الامطار شتاء وتكثر فى شهرى يناير وفبراير وفى فصل الشتاء تقدر كمية الامطار بحوالى 4 مم . بينما فى الربيع تبلغ 3.5 مم وفى الخريف تصل 2.5 مم . وتنعدم فى فصل الصيف ويصل المتوسط السنوى لكمية الامطار الى حوالى 40-50 مم .

العواصف الرملية او الترابية :
تحدث فى الغالب مصاحبة للمنخفضات الشتوية والانتقالية وتتحسن الرؤية بعد مرور فترة زمنية تتراوح بين ساعة وثلاث ساعات . .

وتنعدم العواصف الرملية فى شهور يونيه ويوليه واغسطس اما الاتربة المثارة فتحدث فى جميع فصول السنة .

أصل المياه الجوفية

أن سرعة سريان المياه الجوفية تتراوح ما بين عدة سنتيمترات إلى 15 سنتيمتراً فى السنة، وقال الله تعالى فى كتابه المعجز «فأنزلنا من السماء ماء بقدر فأسكناه فى الأرض» صدق الله العظيم.

وكلمة فأسكناه تعنى الاستقرار وليست مياهاً جارية بسرعة كالأنهار، وهى تتحرك لمسافة 150 متراً فى زمن حوالى 20 ألف سنة ولو كانت المياه الجوفية تسير بسرعة الأنهار لفقدت مياهها وجفت بعد عدة سنوات قليلة.

تبدأ دورة المياه الأرضية بمياه المحيطات والتي تغطي حوالي ثلاثة ارباع سطح الكرة الأرضية ونظراً لتعرضها لأشعة الشمس فإنها تتبخر وتتجمع الأبخرة المتصاعدة في الغلاف الجوي مكونة السحب وتحت ظروف معينة تتكثف السحب وتسقط على شكل أمطارو برد وثلوج وتعرف الأشكال المختلفة المتساقطة بالمياه السماوية المنشأ والتي تشكل المصدر الرئيسي للمياه العذبة على سطح الأرض حيث يجري قسماً منها إلي مجاري الأنهار والوديان والبحيرات أما القسم الثاني فيتغلغل في التربة السطحية ليبقى معظمه في منطقة جذور النباتات ويسحب مرة ثانية إلي السطح بواسطة النباتات أو برية بالخاصية الشعرية للتربة

وتستمر نسبة صغيرة في التغلغل إلي أسفل منطقة الجذور تحت تأثير الجاذبية الأرضية حيث تدخل الخزان المائي الأرضي وعند اتصالها بالمياه الجوفية فإن المياه المتغلغلة تتحرك أفقياً في مسام الطبقات المشبعة بالماء

وقد تظهر مرة أخرى على السطح على هيئة ينابيع في بعض المناطق التي ينخفض فيها منسوب سطح الأرض عن منسوب دخول تلك المياه إلي الطبقة وتجري مياه الينابيع مرة اخرى على السطح مع المياه السطحية إلي المحيطات وتُعرف حركة المياه هذه بالدورة المائية
.
كذلك فقد تنشأ المياه الجوفية ولكن بكميات قليلة جداً نتيجة بعض التفاعلات الكيماوية التي تحدث تحت سطح الأرض وتُعرف بالمياه الوليدة (Juvenile Water) كما هو الحال في المياه المصاحبة لانفجار بركاني حيث تنتج مباشرة من انطلاق أبخرةالماء التي كانت محبوسة داخل صخور منصهرة عندما تبرد قبل وصولها إلى سطح الأرض.

المياه الجوفية

هي عبارة عن مياه موجودة في مسام الصخور الرسوبية تكونت عبر أزمنة مختلفة تكون حديثة أو قديمة جدا لملايين السنين. مصدر هذه المياه غالبا المطر أو الأنهار الدائمة أو الموسمية أو الجليد الذائب وتتسرب المياه من سطح الأرض إلى داخلها فيما يعرف بالتغذية (بالإنجليزية: recharge). عملية التسرب تعتمد على نوع التربة الموجودة على سطح الأرض التي تلامس المياه السطحية (مصدر التغذية)

فكلما كانت التربة مفككة وذات فراغات كبيرة ومسامية عالية ساعدت على التسرب الأفضل للمياه وبالتالي الحصول على مخزون مياه جوفية جيد بمرور الزمن.

وتتم الاستفادة من المياه الجوفية بعدة طرق منها حفر الآبار الجوفية أو عبر الينابيع أو تغذية الأنهار.

المياه الجوفية هي كل المياه التي تقع تحت سطح الأرض وهي المسمى المقابل للمياه الواقعة على سطح الأرض وتسمى المياه السطحية،
وتقع المياه الجوفية في منطقتين مختلفتين وهما المنطقة المشبعة بالماء والمنطقة غير المشبعة بالماء.

المنطقة غير المشبعة بالماء

تقع مباشرة تحت سطح الأرض في معظم المناطق وتحتوي على المياه والهواء ويكون الضغط بها اقل من الضغط الجوي مما يمنع المياه بتلك المنطقة من الخروج منها إلى أي بئر محفور بها، وهي طبقة مختلفة السمك ويقع تحتها مباشرة المنطقة المشبعة.

المنطقة المشبعة

هي طبقة تحتوي على مواد حاملة للمياه وتكون كل الفراغات المتصلة ببعضها مملؤة بالماء ن ويكون الضغط بها أكبر من الضغط الجوي مما يسمح للمياه بالخروج منها إلى البئر أو العيون، تغذية المنطقة المشبعة يتم عبر ترشح المياه من سطح الأرض إلي هذه الطبقة عبر مرورها بالمنطقة غير المشبعة.

تواجد المياه الجوفية وحركتها

تتواجد المياه الجوفية في أي نوع من الصخور الرسوبية أو النارية أو المتحولة وسواء كانت تلك الصخور متماسكة أو متفككة بشرط أن تكون المادة الصخرية مسامية ومنفذه بدرجة كافية.

و تعتمد التكوينات الجيولوجية في قدرتها على حمل المياه على وجود الفتحات في مادتها الصخرية. وجميع المواد الصخرية تقريباً تحتوي على فتحات يمكن تقسيمها لعدة أنواع مثل:

الفتحات البينية، الشقوق والفواصل، الفجوات والكهوف.

الفتحات بين جزيئات المواد الصخرية المفككة كما هو الحال في التكوينات الرملية أو الحصوية.

الصدوع والفواصل والشقوق في الصخور المتماسكة والصلبة والتي تنشأ عن تكسير تلك الصخور.

أخاديد الذوبان والكهوف في الأحجار الجيرية والفتحات الناتجة عن انكماش وتقلص بعض الصخور عند تبلورها أو انطلاق الغازات من الحمم والبراكين.

و بناء على ما سبق فإنه يمكن تقسيم التكوينات الجيولوجية إلي أربعة أنواع وهي:
الخزان المائي (بالإنجليزية: Aquifer):

هو تكوين جيولوجي تحتوي مواده الصخرية على فتحات مملوءة بالمياه وتكون هذه الفتحات كبيرة بحيث تسمح بحركة المياه من خلالها ومن أمثلته الطبقات المكونة من الرمل والحصي.

المعوق المائي (بالإنجليزية: Aquitard):

هو تكوين جيولوجي تحتوي مواده الصخرية على فتحات مملوءة بالمياه وتكون هذه الفتحات صغيرة نسبياً أو غير متصلة بحيث تعوق حركة المياه من خلالها بدرجة كبيرة ومن أمثلته الطبقات الرملية الطينية.

العازل أو الفاصل المائي (بالإنجليزية: Aquiclude):

هو تكوين جيولوجي تحتوي مواده الصخرية على فتحات قد تكون مملوءة بالمياه ولكن هذه الفتحات دقيقة جداً بحيث لا تسمح بحركة المياه من خلالهاو من أمثلته الطبقات الطينية.
المهرب المائي (بالإنجليزية: Aquifuge) :

هو تكوين جيولوجي من الصخور الصلبة لا تحتوي على مياه وإن وجدت فإنها لاتسطيع الحركة من خلال مادته الصخرية لأنها لا تحتوي على فتحات ومن أمثلته الجرانيت.

الخزانات الجوفية

تُعرف التكوينات أو الطبقات المشبعة بالمياه والقابلة للإستغلال بالخزانات الجوفية(Aquifers) أو الطبقات الحاملة للمياه (Water Bearing Strata) وتنقسم الخزانات الجوفية من حيث طبيعة تواجدها إلي: الخزانات الحرة (الغير مقيدة) والخزانات المقيدة (الارتوازية)

الخزانات الحرة (الغير مقيدة

يُعتبر الخزان الجوفي حراً أو غير مقيد (Water table or Unconfined Aquifer) طالما كان مستوى سطح الماء فيه غير مفصول عن الضغط الجوي وفي هذه الحالة فإن الحد العلوي للخزان يتحدد بسطح مستوى الماء نفسه أي الحد العلوي للجزء المشبع بالماء من التكوين الجيولوجي.

و عند حفر الآبار في هذا الخزان فإن مستوى الماء في البئر يوضح السطح العلوي للنطاق المشبع بالمياه ويكون الضغط عند هذا السطح مساوياً للضغط الجوي.

و يكون الضغط المائي عند أي نقطة داخل الخزان الحر مساوياً للعمق من مستوى سطح الماء في الخزان إلي هذه النقطة ويمكن التعبير عنه بعمود الواقع فوق هذه النقطة. ومستوى الماء في الخزان الحر ليس ثابتاً ولكنه يتحرك إلي أعلى وإلي أسفل من فترة إلي أخرى فيرتفع عند إضافة المياه المتغلغلة رأسياً ألي نطاق المشبع وينخفض عند سحب كمية من المياه التي سبق تخزينها بواسطة الينابيع أو الآبار.

الخزانات المقيدة (الارتوازية)

عندما يوجد الخزان الجوفي بين طبقتين غير منفذتين من أعلى ومن أسفل فإن كلا من الخزان والمياه التي يحويها تسمي مقيدة (Confined) أو ارتوازية( (Artesian
ونظراً لتقييد الخزان من أعلى فإن المياه تكون مفصولة عن الضغط الجوي ولذلك فإنها توجد داخل مسام المواد الصخرية للخزان الجوفي تحت ضغوط أكبر من الضغط الجوي.

وعند حفر بئر في خزان مقيد فإن المياه ترتفع في البئر إلي مستوى أعلى من السطح العلوي للخزان ويمثل مستوى الماء في هذا البئر الضغط الارتوازي للخزان، ويكون الضغط المائي أو عمود الماء عند أي نقطة داخل الخزان مساوياً للمسافة الرأسية من مستوى الماء حتى هذه النقطة ويُعرف المنسوب الذي يرتفع إليه سطح الماء في البئر بالمستوى البيزومتري (Piezometric level).
أحياناً، يرتفع الماء في أحد الآبار إلى ما فوق مستوى سطح الأرض وتتدفق المياه من البئر، يحدث ذلك عندما يكون الضغط المائي الساكن (Hydrostatic Pressure) في خزان مقيد كبيراً وفي هذه الحالة فإن مستوى الماء الثابت يكون فوق سطح الأرض.

خصائص الخزانات الجوفية

يقوم الخزان الجوفي بوظيفتين ضروريتين إحداهما تخزينية والأخرى توصيلية حيث تعمل الفتحات الموجودة في الطبقة الحاملة للمياه كفراغات لتخزين المياه وفي نفس الوقت تعمل كشبكة من الأنابيب لإمرار هذه المياه ويعتمد قيام الخزان الجوفي بهاتين الوظيفتين على عدد من الخواص الهامة وهي:

التخزين

ترتبط الوظيفة التخزينية للخزان الجوفي بخاصتين هامتين وهما المسامية (Porosity) والإنتاج النوعي (Specific Yield). و المسامية هي ذلك الحيز من حجم المادة الصخرية الذي تشغله الفتحات البينية (Voids) ويعبر عنها بالنسبة المئوية من الحجم الكلي للمادة الصخرية ويسمي معامل المسامية ويدل على حجم المياه الجوفية التي يمكن تخزينها ولكنه لا يدل إطلاقاً على حجم المياه التي يمكن استخلاصها من تلك المادة.

التوصيل المائي

تسمي خاصية الخزان الجوفي المتعلقة بوظيفته التوصيلية بالتوصل المائي أو الهيدروليكي ويرمز لها بالرمز (K) وتعرف بأنها قدرة المادة المسامية على إمرار الماء وقديماً كانت تسمي هذه الخاصية بالنفاذية (Permeability) ويُفضل استخدام مصطلح التوصيل المائي والذي يعتمد على حجم وشكل ودرجة اتصال الفراغات البينية في المادة الصخرية وكذلك على الخواص الطبيعية للمياه مثل الكثافة واللزوجة ونظراً لأن هذه الخواص تختلف باختلاف حرارة الماء فإنه ينبغي تحديد التوصيل المائي عند درجة حرارة معينة.

عمق الطبقة الجوفية

يمكن أن تتكون الطبقات الجوفية عند أعماق مختلفة، وليس مرجحا أن تستخدم الطبقات الأقرب إلى سطح الأرض للإمداد بالمياه والري فقط بل إنها أيضا تمتلئ بالأمطار الموضعية، وتوجد في العديد من المناطق الصحراوية أو قربها تلال من صخور كلسية أو جبال من صخور كلسية يمكن استغلالها كموارد للمياه الجوفية.

التصنيف

اتجاهات التدفق النموذجية في عرض مقطع عرضي لنظام جيولوجي لطبقات جوفية محصورة وغير محصورة، ويظهر النظام طبقتان جوفيتان موجودتان وطبقة معيقة واحدة (طبقة حاجزة أو غير انفاذية) – توجد بينهما – ومحاطة بصخر قاع الطبقة الكتيمة وهي متصلة بجدول كاسب

[يتشكل هذا النوع من الجداول من المياه الجوفية ويكتسب مياهه منها]

والطبقة المعيقة منطقة داخل الأرض تحصر تدفق المياه الجوفية من طبقة جوفية إلى أخرى، ويمكن أن تسمى الطبقة المعيقة في بعض الأحيان – إذا كانت غير انفاذية تماما – بالطبقة الكتيمة، وتتألف الطبقات المعيقة من طبقات إما من صلصال أو صخر غير مسامي ذات موصلية مائية منخفضة.

الطبقة المشبعة والطبقة غير المشبعة

يمكن أن توجد المياه الجوفية تقريبا عند كل نقطة في طبقة الأرض التحت سطحية الضحلة – إلى درجة ما – على الرغم من أن الطبقات الجوفية لا تحتوي بالضرورة على مياه عذبة، ويمكن أن تقسم القشرة الأرضية إلى منطقتين:
المنطقة المشبعة أو المنطقة الجوفية (:

الطبقات الجوفية والطبقات المعيقة.. الخ) التي تكون فيها كل المساحات المتاحة ممتلئة بالمياه،

والمنطقة غير المشبعة

و تسمى أيضا منطقة الفادوز [منطقة الحسي )
حيث لا يزال هناك جيوب هوائية تحتوي على بعض المياه ولكن بالإمكان أن تملأ بالمزيد من المياه.
و يعني مصطلح مشبعة أن طاقة ضغط المياه أعلى من الضغط الجوي (مقياس ضغطه <0))
سطح المياه الجوفية :

السطح الذي تكون فيه طاقة الضغط مساوية للضغط الجوي (حيث يكون مقياس الضغط = 0).
ينما يشير مصطلح غير مشبعة إلى الحالات التي تحدث فوق مستوى المياه الجوفية حيث تكون طاقة الضغط سلبية (لا يمكن أن يكون الضغط المطلق سالبا أبدا، ولكن يمكن أن يكون مقياس الضغط كذلك) وتكون المياه التي لا تملأ مسام الطبقة الجوفية كليا خاضعة لعامل الشفط [أي أنها ترتفع إلى أقصى ارتفاع في الأرض].

المحتوى المائي غير المشبع:

المنطقة التي تقع بين قوى الالتصاق السطحية وترتفع فوق سطح المياه الجوفية (مقياس ضغط الإيسوبار[خط تساوي الضغط] الذي يساوي صفر) عبر الخاصية الشعرية (الفعل الشعري) لتشبع منطقة صغيرة تقع فوق السطح الجوفي (منطقة الشعيرات المائية) عند ضغط أقل من الضغط الجوي، ويسمى هذا بتوتر الإشباع وهو ليس مثل الإشباع على أساس محتوى مائي، فالمحتوى المائي هو منطقة شعيرات مائية تقل مع ازدياد مسافة البعد عن السطح الجوفي، ويعتمد الضغط الشعري على حجم مسامات التربة.

ففي التربات الرملية ذات المسامات كبيرة الحجم سيكون الضغط أقل منه في التربات الصلصالية ذات المسامات الصغيرة جدا، ويكون ارتفاع الشعرية الطبيعية في التربة الصلصالية أقل من 1.80 م (ستة أقدام) ولكنه يتراوح بين 0.3 و10 م (1 و30 قدم)

و الصعود الشعري للمياه في أنبوب صغير القطر هو نفس هذه العملية الفيزيائية، كما يكون مستوى المياه الجوفية المستوى الذي سوف ترتفع إليه المياه في أنبوب كبير القطر (مثل : بئر) الذي يخترق أسفله الطبقة الجوفية ويكون أعلاه مفتوحا للهواء.

الطبقات الجوفية والطبقات المعيقة

الطبقات الجوفية:

وهي عادة ما تكون مناطق مشبعة من الطبقة تحت السطحية وتنتج كمية مناسبة اقتصاديا من المياه لبئر أو ينبوع (مثال: عادة ما يشكل الرمل والحصى أو صخر اللأديم المتكسر موادا جيدة للطبقة الجوفية)

الطبقة المعيقة

: وهي منطقة داخل الأرض تحصر تدفق المياه الجوفية من طبقة جوفية إلى أخرى، ويمكن أن تسمى الطبقة المعيقة في بعض الأحيان – إذا كانت غير منفذة تماما – بالطبقة الكتيمة، وتتألف الطبقات المعيقة إما من طبقات من صلصال أو صخر غير مسامي ذات موصلية مائية منخفضة.

ففي المناطق الجبلية (أو بالقرب من الأنهار في المناطق الجبلية) عادة ما تكون الطبقات الجوفية الرئيسية من الطمي غير المدمج، الذي يتكون في الغالب من طبقات عرضية من مواد مترسبة بفعل حركات المياه (الأنهار والجداول) التي تظهر في مقطع عرضي (بالنظر إلى شريحة ثنائية الأبعاد للطبقة الجوفية) على أنها طبقات متناوبة من المواد الغليظة والدقيقة، وتوجد المواد الغليظة قرب المصدر (واجهات الجبال أو الأنهار) – وذلك بسبب الطاقة العالية الضرورية لتحريكها – بينما تبتعد المواد ذات الحبيبات الدقيقة عن المصدر (تصل إلى الأجزاء المسطحة من حوض النهر أو مناطق فوق ضفته – وتسمى في بعض الأحيان منطقة الضغط)، وبما أن هناك رواسب قليلة ذات حبيبات دقيقة قرب المصدر فإن هذا مكان تكون فيه الطبقات الجوفية غير محصورة عادة (و تسمى في بعض الأحيان مناطق الحوز الأمامي) أو في اتصال سائلي مع سطح الأرض.

الطبقة المحصورة والطبقة غير المحصورة

هناك عنصران طرفيان في سلسلة أنواع الطبقات الجوفية وهما الطبقة المحصورة والطبقة غير المحصورة (و توجد طبقة شبه محصورة بينهما)، وأيضا تسمى الطبقات غير المحصورة في بعض الأحيان بمستوى المياه الجوفية أو الطبقة الجوفية الباطنية، وذلك لأن حدها الأعلى هو مستوى المياه الجوفية أو سطح المياه الباطنية، (أنظر طبقة بيسكين الجوفية)، وعادة (لكن ليس دائما) ما تكون الطبقة الجوفية الأكثر ضحالة غير محصورة عند موقع معين.

مما يعني أنها لا تملك أي طبقة حاجزة (طبقة معيقة أو طبقة كتيمة) بينها وبين السطح، ويشير مصطلح "جاثمة" إلى مياه جوفية متراكمة فوق وحدة قليلة النفاذية أو طبقات قليلة النفاذية، مثل: طبقة الصلصال، ويستخدم هذا المصطلح بشكل عام ليشير إلى منطقة موضعية من المياه الجوفية التي تتكون عند ارتفاع أعلى من الطبقة الجوفية الإقليمية والواسعة النطاق، والفرق بين الطبقات الجوفية الجاثمة والطبقة الجوفية غير المحصورة هو أحجامها (الطبقة الجاثمة أصغر).

و إذا كان التمييز بين الطبقة المحصورة وغير المحصورة ليس واضحا جيولوجيا (أي: إذا لم يعرف ما إذا كانت الطبقة الحاجزة موجودة أو إذا كانت الجيولوجيا أكثر تعقيدا، مثل: طبقة جوفية من صخر الأديم) فإن قيمة معامل التخزين الناتجة عن اختبار الطبقة الجوفية يمكن أن تستخدم لتعيينها (مع أن اختبارات الطبقات الجوفية في الطبقات غير المحصورة يجب أن تفسر بشكل مختلف عن اختبارات الطبقات المحصورة).

فالطبقات الجوفية المحصورة تملك قيم معامل تخزين منخفضة جدا (أقل بكثير من 0.01 وبقدر 10-5) مما يعني أن الطبقة الجوفية تخزن المياه باستخدام آليات تمدد وطاء [مادة بينية] الطبقة الجوفية وقابلية انضغاط المياه وعادة ما يكون كلاهما كميات صغيرة جدا.
بينما تملك الطبقات الجوفية غير المحصورة معاملات تخزين (عادة ما تسمى في هذه الحالة بالإنتاج النوعي) أكبر من 0.01 (1% من معظم الكمية) وهي تطلق المياه من المخزن باستخدام آلية التصريف الفعلي للمياه من مسام الطبقة الجوفية أو إطلاق كميات كبيرة نسبيا من المياه (تصل إلى مسامية مواد الطبقة الجوفية القابلة للتصريف أو الحد الأدنى للمحتوى المائي الحجمي)

توحد الخواص وتباين الخواص

تكون الموصلية المائية (K) في الطبقات الجوفية الموحدة الخواص أو طبقات الطبقات الجوفية مساوية للتدفق في كافة الاتجاهات بينما تختلف في حالة الطبقات المتباينة الخواص لاسيما في الموصلية المائية الأفقية (Kh) والموصلية المائية العمودية (Kv).
و تعمل الطبقات الجوفية شبه المحصورة ذات طبقة معيقة واحدة أو أكثر كنظام متباين الخواص – حتى عندما تكون الطبقات المنفصلة موحدة الخواص – لأن قيم الموصلية المائية الأفقية والعمودية مختلفة

و عند حساب التدفق إلى المصارف أو التدفق إلى الآبار في طبقة جوفية ما، يؤخذ تباين الخواص بعين الاعتبار خشية أن يكون التصميم الناتج لنظام التصريف خاطئا.

المياه الجوفية في التكوينات الصخرية

يمكن أن توجد المياه الجوفية في الأنهار الموجودة تحت الأرض (مثل: الكهوف حيث تتدفق المياه بحرية تحت سطح الأرض)، وقد تتكون في مناطق الأحجار الجيرية المتآكلة المعروفة باسم الطبوغرافية الكارستية التي تشكل نسبة صغيرة فقط من الأرض، ومن المعتاد أن تكون الحيزات المسامية الخاصة بالصخور الموجودة في الطبقة التحت سطحية مشبعة– مثل إسفنجه المطبخ – بالمياه التي يمكن ضخها خارجا لاستخدامات زراعية أو صناعية أو بلدية.

و إذا كانت الوحدة الصخرية ذات المسامية المنخفضة متكسرة جدا فسيمكنها أيضا تكوين طبقة جوفية جيدة (بواسطة التدفق عبر الشق) شريطة أن يملك الصخر موصلية مائية جيدة لتسهيل حركة المياه، والمسامية مهمة ولكنها لا تحدد –وحدها – قدرة الصخر على أن يكون طبقة جوفية.

رطوبة التربة

رطوبة التربة المتاحة (المفيدة)

هي كمية المياه الموجودة في التربة القابلة للاستغلال.
-السعة الحقلية للتربة هي الحد الأقصى من الرطوبة التي تستطيع الاحتفاظ بها عندما تكون مشبعة بالماء.

نفاذية التربة

خاصية النفاذية للتربة (K) هو العامل المؤثر في حركة المياه الجوفية من منطقة التغذية إلى منطقة التفريغ ، ويعتمد على خصائص التربة كحجم جزيئاتها وترتيب فتحات المسامات والشروخ التي يمر بها الماء أثناء تنقلهُ وخصائص الحركة للمائع كالزوجة والكثافة وقوة حقل الجاذبية معاً ، هذا العامل يتم التعبير عنه باستخدام قانون دارسي.

الهبوط

تنتج المياه الجوفية في الطبقات الجوفية غير المدمجة من فراغات مسامية بين جزيئات الحصى والرمل والطمي، فإذا كانت الطبقة الجوفية محصورة بطبقات منخفضة النفاذية فسيسبب ضغط المياه المخفض في الرمل والحصى تصريفا بطيئا للمياه من الطبقات الحاجزة المتجاورة.

وإذا كانت هذه الطبقات الحاجزة مكونة من طمي أو صلصال قابل للانضغاط فإن فقدان المياه إلى الطبقة الجوفية يقلل ضغط المياه في الطبقة الحاجزة، مما يسبب انضغاطها نتيجة لوزن المواد الجيولوجية الفوقية.

وفي الحالات الحرجة يمكن ملاحظة هذا الضغط على سطح الأرض كهبوط، وللأسف فإن الكثير من الهبوط الناتج عن استخراج المياه الجوفية يكون دائما (الارتداد المرن ضعيف)، وبالتالي فإن الهبوط ليس دائما فقط بل إن الطبقات الجوفية المضغوطة تملك قدرة دائمة الانخفاض على الاحتفاظ بالمياه.

خزان الدلتا

يشغل السهل الفيضي لدلتا نهر النيل شمال مدينة القاهرة بين فرعي رشيد ودمياط حتى البحر المتوسط شمالاً، وامتداد حوافها الشرقية حتى قناة السويس، والغربية حتى وادي النطرون غرباً.

ويتكون الخزان الجوفي بالدلتا من رسوبيات الحقب الرباعي والثلاثي المتآخر من الرمال والحصى تتخللها راقات طفلية تزداد في اتجاه الشمال.

ويتراوح سمك الخزان ما بين 100 متر عندالقاهرة جنوباً إلى 1000 متر عند الساحل شمالاً. ويحد الخزان من أعلى غطاء من الطمي السلتي شبه المنفذ بسمك يتراوح ما بين 20 متراً جنوب الدلتا إلى 60 متراً في الجزء الشمالي منها، مكسباً الخزان خصائص الخزان شبه المقيد، بينما يتلاشى عند الحواف الشرقية والغربية لسهل الدلتا الفيضي ليصبح الخزان ذا مستوى مائي حر.

وتشكل صخور الباليوسين الطفلية عديمة النفاذية قاعدة الخزان الجوفي.

قدرت السعة التخزينية للخزان الجوفي بالدلتا بحوالي 400 مليار متر مكعب في حين يبلغ معدل تغذيته السنوية من تسرب الفائض من مياه الري النيلية ومن شبكات الري بحوالي 6 مليار متر مكعب، والتي لا تُعتبر مصدراً للمياه الجوفية بل تعتمد على ما يتم تخزينه منها موسمياً في مستودع رسوبيات الدلتا لإستغلالها في أغراض الشرب وكاستخدام مشترك في أغراض الري مع المياه النيلية في فترة أقصى الإحتياجات.

والمياه الجوفية بخزان الدلتا الجوفي ذات نوعية جيدة جداً (الملوحة 300-800 جزء في المليون) في مناطق جنوب الدلتا بينما تتزايد الملوحة مع العمق وشمالاً حيث تتراوح بين 1000-5000 جزء في المليون عند كفر الشيخ في وسط الدلتا والإسماعيلية في شرق الدلتا ودمنهور في غرب الدلتا إلى 30000 جزء في المليون في المناطق القريبة من الساحل.

بالإضافة الى المياه من نهر النيل هناك المياه الجوفية المتجددة فى وادى النيل والدلتا والتى تختلف تقديرات مخزونها (قد يصل إلى نحو 300 مليار متر مكعب)، ولكن لا يمكن سحب اكثر من 3 مليار متر مكعب سنويا منها لأسباب إقتصادية وفنية وللحفاظ على التوازن الهيدروجيولوجى فى هذه المناطق. وتتغذى طبقات المياه فى هذه المناطق من الرشح من النيل ومياه الرى.

وفى شمال الدلتا تزداد ملوحة المياه الجوفية نتيجة تداخل مياه البحر.

المياه الجوفية بخزان حوض وادى النيل والدلتا مصدراً مائياً مستقلاً حيث أنها تتكون من المياه المتسربة من النيل وفرعيه وشبكات الرى وصرف الأراضى الزراعية.

وتنقسم المياه الجوفية فى مصر إلى عذبة ومالحة وتتعدد مصادر المياه الجوفية وفقا لنوع الأحواض ومعدلات التغذية، ويعد من مصادر المياه الجوفية العذبة "الخزان الجوفى بالوادى والدلتا" وهو عبارة عن المياه المتسربة من نهر النيل وفرعيه وشبكة الرى ومن الأراضى6,2 مليار متر مكعب وهذه الكمية فى حدود السحب الآمن للخزان الجوفى الضحل بالوادى والدلتا والذى يقدر بحوالى 4، 8 مليار متر مكعب سنويا

الطبقات الحاملة للمياه

يتواجد الخزان في أسفل نهر النيل أساساً في طبقات حاملة للمياه ضمن الرواسب النهرية. هذه الرواسب تحتوى على طبقتين رئيسيتين حاملتين للمياه مثل ما هو الحال في خزان دلتا نهر النيل.

الطبقة العليا هى طبقة قليلة الأهمية من الناحية المائية وتتكون من الطين والغرين اللذين يتميزان بنفاذية منخفضة عموماً سواء في الإتجاه الأفقى أو الرأسى وبذلك تعمل كطبقة شبه منفذة تغطى الطبقة السفلية.

وتغطى هذه الطبقة عموماً حوالى 70% من مساحة أرض وادى النيل.

وتعتبر الطبقة السفلية هى الطبقة الرئيسية المنتجة للمياه الجوفية وتتكون من الرمال المتدرجة وتتميز بنفاذة عالية في الاتجاهين الأفقى والرأسى.

هذا وتتراوح الطبقة الرئيسية الحاملة للمياه ما بين طبقة شبه حبيسة في المناطق التى تعلوها الطبقة شبه المنفذة (أو شبه الكتيمة) إلى ظروف طبقة مياه حرة السطح في المناطق التى لا تتواجد فيها الطبقة شبه الكتيمة.

المياه الجوفية تتواجد أساساً في خزان الدلتا الذى ينقسم إلى مستويين:

المستوى العلوي

يتكون من الحجر يتراوح سمكه بين 75 و 125 متر به بعض متداخلات من الطفلة وتبلغ مسامية صخور الخزان هنا من 4 إلى 85 متر/يوم.

المستوى الأسفل

يتراوح سمكه بين 10 و195 مترا وبه متداخلات أكثر من الطفلة.

مصادر التغذية

المصدر الرئيسى لتغذية خزان وادى النيل بالمياه هو التغلغل العميق لمياه الرى والمياه المترشحة من قنوات الرى.

هذا وتم تقدير الكمية الكلية لتغذية الخزان الجوفى لحوض وادى النيل (الرواسب النهرية) بحوالى 6.2 مليار متر مكعب/سنة.
غير أن المياه المستغلة حالياً أقل من ذلك بكثير وهناك فائض كاف يمكن استغلاله في مشاريع زراعية وتنموية.

نوعية المياه بخزان وادى النيل والدلتا:

يتضح من بيانات الآبار التى تستغل طبقة الرمال المتدرجة في خزان وادى النيل أن 75% من مياه هذه الآبار تتميز بدرجة ملوحة أقل من 500 مجم/لتر

حيث تكون الكاتيونات الغالبة في المياه هى الماغنسيوم والصوديوم والأنيونات الغالبة هى البيكربونات.

ومثل هذه النوعية من المياه تكون صالحة لكثير من الاستخدامات، ومع ذلك فإنه يلاحظ تواجد نوعية أقل جودة من المياه الجوفية في الطبقة العلوية في بعض مناطق وادى النيل

نوعية التربة في المنطقة

رملية جيرية إلى رملية

أولاً/ طبيعة الأراضى الرملية بمنطقة الدراسة

تحتوى على نسبة عالية من حبيبات الرمل المنفردة بأقطارها المختلفة ( 2 - 0.05 مم ) والمكونة أساساً من الكوارتز والتى تصل نسبته إلى أكثر من 85%.

وتتكون هذه الأراضى تحت ظروف المناخ الحار الجاف، وقد تتعرض لعواصف متقطعة ممطرة لفترات قصيرة تعمل على ترطيب طبقة محددة من القطاع الأرضى وتؤدى هذه الظروف إلى تواجد كل من الجبس و / أو كربونات الكالسيوم فى تجمعات على أعماق مختلفة داخل القطاع الأرضى.

والتى تتناسب طردياً مع كمية مياه الأمطار المحددة التى تتخلل طبقات التربة والتى تتوقف أيضاً على درجة مسامية الطبقات السطحية للتربة.

الخواص الطبيعية للأراضى الرملية بمنطقة الدراسة

بما أن الأراضى الرملية تحتوى على أكثر من 85% من حبيبات الرمل المنفردة لذلك فهى :
عديمة البناء.
سريعة النفاذية.
جيدة التهوية.
إنخفاض قدرتها على الإحتفاظ بالماء.
قلة النشاط السطحى.
قلة سعتها التبادلية.
فقرها فى المادة العضوية.
فقرها فى محتواها من الحبيبات الناعمة ولذلك فهى عديمة البناء.

الخواص الطبيعية

- الكثافة الظاهرية

تتراوح من 1.55 - 1.80 جرام / سم3 وهذه الكثافة لها علاقة بالمسامية الكلية والتى تبلغ ( 32 - 42% )، وهى أقل من الموجود فى الأراضى الطينية.

ونجد أن توزيع المسام أهم من المسامية الكلية ( حجم المسام، إنتظامها ) فالأراضى الرملية تحتوى على نسبة كبيرة من المسام الواسعة التى تساعد على جودة التهوية والصرف السريع وخفض فى السعة التشبيعية المائية.

- مساحة السطح النوعى

نجد أن السطح النوعى للأراضى الرملية أقل بكثير من الأراضى الطميية الطينية، والأرقام التالية تبين الأسطح النوعية لأقطار حبيبات التربة المختلفة.

	رمل ناعم	سلت	طين	غرويات
السطح النوعى بالميكرون الحبيبية	100	20	20	100 ملليميكرون
نسبة السطح النوعى	1 : 5 : 5 : 100

الخواص الرطوبية

السعة الحقلية للأرض الرملية بالمنطقة تتراوح من 8 - 12%،
ونقطة الذبول من 4 - 6%
والماء الميسر من 4 - 5%
ومن هذه الأرقام نجد أن الأراضى الرملية ذات محتوى منخفض من الرطوبة وهذا ناتج عن فقرها فى الحبيبات الناعمة، وأن المسافات البينية الواسعة هى السائدة.

سرعة الترشيح
معدل رشح الأراضى الرملية يتراوح من 2.5 - 25 / ساعة
وهو قدر سرعة رشح الأراضى الطينية حوالى 250 مرة ( من 0.01 - 0.1 سم / ساعة)

كربونات الكالسيوم
تتراوح نسبة كربونات الكالسيوم فى الأراضى الرملية من صفر - 90% وكربونات الكالسيوم تدخل فى حجم أقطار حبيبات الرمل الخشن والناعم، لذا يدخل فى نطاق الأراضى الرملية والأراضى الجيرية الخشنة والتى لا تظهر خواص كربونات الكالسيوم فيها.

اللـون
يتراوح لون الأراضى الرملية من الأبيض إلى الأصفر إلى الأحمر البنى وهذا حسب أكاسيد الحديد ونوعها، فمثلاً اللون الأصفر يأتى من أكاسيد الليمونيت، والأحمر - البنى يأتيان من خليط أكاسيد الحديد الحمراء، والسوداء ( الهيماتيت والمجناتيت ).

الخواص الكيماوية للأراضى الرملية

كما سبق فإن الأراضى الرملية تحتوى على أكثر من 85% من حبيبات الرمل المنفردة والمكونة أساساً من الكوارتز، الفلسبارات الخاملة كيماوياً حيث أن هذه المعادن أولية ومتعادلة كهربياً وشديدة المقاومة للإنحلال، وذات نشاط سطحى ضعيف،

إلا أن إحتواء هذه الأراضى على نسبة السلت، الطين تتراوح من 10 - 15% أدى إلى ظهور بعض النشاط الكيماوى لها وزيادة السعة التبادلية من 5 - 15 ملييمكافئ / 100 جرام تربة مما يحسن من خواص هذه الأراضى،

وهذه الأراضى تميل إلى القاعدية،وقد يصل رقم الحموضة بها إلى 9.5 ويتوقف ذلك على نوعية الأملاح وتركيزها فى محلول التربة فانخفاض تركيز الأملاح يساعد على رفع قيم حموضة التربة وذلك نتيجة لحدوث تحلل مائى للأملاح الذائبة فى التربة.

كما أن هذه الأراضى فقيرة فى المادة العضوية، وذلك بسبب ندرة الغطاء النباتى، والظروف المناخية القياسية ( إرتفاع درجة الحرارة - جفاف الجو - ندرة الأمطار ) وبذلك فإن هذه الأراضى ضعيفة فى محتواها من العناصر الغذائىة،

وتشمل الخواص الكيماوية للأراضى الرملية أيضاً كلا من الملوحة وتأثير التربة والأملاح النوعية، لذا يمكن تقسيم الأراضى الرملية من ناحية الملوحة إلى :

أ ) أراضى غير ملحية ( لا تزيد الملوحة الكلية عن 0.2%.)

ثانياً : الأراضى الجيرية بمنطقة الدراسة

تعريف الأرض الجيرية

هى التى تحتوى على كمية من كربونات الكالسيوم بمستوى يؤثر بوضوح على خواص التربة

والأراضى الجيرية هى التى تحتوى على أكثر من 8% من كربونات الكالسيوم النشطة الناعمة.

وتتواجد هذه الأراضى تحت الظروف الصحراوية أو تحت ظروف مناخ البحر الأبيض كما هو الحال فى منطقة الدراسة.

التركيب المعدنى لهذه الأراضى

نظراً لأن الهيكل العام لهذه الأراضى يتكون من المادة الجيرية، فمن المتوقع أن تتوزع فى أحجام حبيبات التربة المختلفة إبتداء من الحصى إلى الطين.

وتتكون المادة الجيرية فى صور مختلفة الذوبان وهذه الصور هى :

الكالسيت وله شبيه كيماوى يسمى باللاجونيت وهى صورة غير ثابتة وذوبانها أعلى قليلاً من ذوبان الكالسيت.

الماغنسيت ودرجة ذوبانه عشر مرات الكالسيت.

الكالسيت الماغنيسى وهو يتواجد على شواطئ البحار.

الدولوميت وهو أقل كثيراً فى ذوبانه من الكالسيت.

السيدريت وهو عبارة عن كربونات الحديد.

بالإضافة لما سبق فيوجد أنواع من المعادن الطينية تتواجد أساساً فى هذه الأراضى ومنها الأتابولجيت، وهذا المعدن هو الذى يسبب الصلابة الشديدة وتكوين القشرة السطحية للأراضي الجيرية كما أنه يساعد فى تحويل البوتاسيوم إلى صورة غير ميسرة للنبات وقد يكون الكوارتز مختلطاً مع المادة الجيرية.

الخواص الكيميائية

- رقم الحموضة

: حيث أن التحلل المائي لكربونات الكالسيوم يرفع درجة الحموضة إلي 10.7 وذلك عند غياب ثانى أكسيد الكربون. ولكن فى حالة وجود ثانى أكسيد الكربون والماء تنخفض الحموضة إلى المستوى العادى للأراضى الجيرية وهى 8.2 - 8.4، أما فى الأراضى الجيرية المغنيسية فيرتفع هذا الرقم من 9.7 - 9.9.

- تحول الفوسفات إلى الصورة غير الذائبة ( الراسبة )

وذلك بامتصاص أيونات الكربونات لأيونات الفوسفات وتحولها إلى أيونات فوسفات ثلاثى الكالسيوم غير الذائب.

- ترسيب مركبات الحديد

تعمل الكربونات على تحويل صور الحديد الذائبة إلى الصور غير الذائبة على هيئة كربونات الحديد ( سيدريت ) والتى تتحول إلى الصور المؤكسدة.

- تكوين القشرة الصلبة السطحية

القشرة السطحية هى طبقة لا يتعدى سمكها عدة سنتيمترات مكونة من حبيبات ناعمة مفككة بفعل عوامل عديدة، ثم تصلبت عند الجفاف نتيجة لالتصاق الحبيبات الناعمة بعضها ببعض بقوي فيزيائية وكيميائية وتظهر بوضوح فى الأراضى الجيرية.
ويتحكم فى تكوينها نوعية المعادن السائدة ونوع الأملاح بالتربة ودرجة تركيزها وملوحة مياه الرى، وتزداد شدة تماسكها بتكرار الترطيب والتجفيف، وأيضاً تواجد نوع معين من معادن الطين وهو الأتابولجيت الليفى الشكل يؤدى إلى تصلب هذه القشرة..

نوعية المياه الجوفية

جوفية عذبة

أنواع الدراسات المستخدمة فى أستكشاف المياة الجوفية :

1 - دراسات سطحية : و تنقسم الى

* دراسات مناخية :

كمية المطر - كمية البخرنتح - درجات الحرارة - الضغط الجوى - الرطوبة الجوية و يتم عمل خرائط بذلك و يتم حساب الموازنة المائية .

* دراسات طبوغرافية :

تمهد للدراسات الجيولوجية التى تمهد للدراسات الهيدروجيولوجية . تتم الدراسة الطبوغرافية بأعمال المساحة و الصور الجوية و صور الأقمار الصناعية وبال Gis نظو المعلومات الجغرافية التى تتم بالأتصال بالأقمار الصناعية .

* دراسات جيولوجية سطحية :

هى أولى خطوات الدراسة المبدئية و هى الأساس الذى تبنى علية الدراسة التفصيلية .

معرفة ترسيب و تأكل الطبقات و تركيبها الجيولوجى يؤدى لأستنتاج أمتداد الطبقة الحاملة للمياة و يساعد فى تكوين صورة عن الخواص الليثلوجية للطبقات و بالتالى تحديد أحتمال تكوين المياة بتلك الطبقات و تحديد نوعية المياة مبدئيا كما يمكن تحديد المناطق التى يمكن تدفق المياة منها أرتوازيا دون الحاجة لمضخات .

الدراسة الأستراتيجرافية و دراسة التاريخ الجيولوجى يساعد فى أكتشاف خزانات أرتوازية على أعماق معينة . تقوم المساحة الجيولوجية برسم خرائط جيولوجية للمنطقة و أيضا قطاعات جيولوجية .

- دراسات تحت سطحية :

تتم هذة الدراسات من على سطح الأرض و من خلال آبار أختبارية يتم حفرها و هى تبدأ مع بداية عملية الحفر بفحص ناتج حفر طبقات الأرض أولا بأول و تنقسم تلك الدراسات الى :

* دراسات جيولوجية تحت سطحية .
* دراسات جيوفيزيائية .
* دراسات هيرولوجية .

- الدراسات الجيولوجية تحت السطحية :

تتم على فتات الصخور المحفورة على كل عمق 1 -2 أو 3 - 5 متر و تتم على عينات أسطوانية تؤخذ على حسب الحاجة أليها و هذة الدراسات تنتهى الى رسم خرائط ليثولوجية تحت سطحية تبين التكوين الليثولوجى لطبقات الأعمار الجيولوجية المختلفة و رسم خرائط تركيبية كنتورية تبين تضاريس و أنكسارات و ألتواءات الطبقات مختلفة الأعمار و رسم خرائط سمك الطبقات خاصة الحاملة للمياة و العازلة و رسم خرائط السمك الصافى لطبقة الرمال و الحجر الرملى و رسم خرائط جيولوجية تركيبية للقاع الصخرى أسفل الطبقات الرسوبية و غالبا يكون من صخور نارية أو متحولة و ترسم هذة الخريطة بمقارنة المسح الجيوفيزيائى مع تحليل عينات ناتج حفر الآبار الأختبارية .

- الدراسات الجيوفيزيائية

تدرس الخواص الطبيعية للصخور مثل الكثافة و المغناطيسية و المرونة و الخواص الأشعاعية و درجة مقاومة التيار الكهربى و درجة توصيل الصوت و خلافة .

و هى تنقسم الى قسمين :

# مسح جيوفيزيائى

يجرى فوق سطح الأرض لأختبار الطبقات التى فى الأعماق و هو ينقسم الى أربعة طرق

= طرق سيزمولوجية :

بطريقة الموجات المنعكسة و طريقة الموجات المنكسرة لمعرفة شكل و عمق الطبقات و الطريقة تزداد أهميتها فى التنقيب عن النفط .

= طرق مغناطيسية :

أعتمادا على الخواص المغناطيسية للخر يتم رصد الأنحراف المغناطيسى من على سطح الأرض أو من طائرة تطير على أﻻرتفاع منخفض لتحديد شكل الطبقات و معرفة التركيب المعدنى للصخور

= طرق الجاذبية الأرضية :

تعتمد الطرق الجرافيمترية هذة على تعيين وزن كتلة معينة بدقة فى نقاط مختلفة على الأرض و هى تفيد فى حساب سمك الطبقات الرسوبية .

الطرق المغناطيسية و الطرق الجرافيمترية أستخدمتا فى تحديد شكل القاع الصخرى لمنطقة الوادى الجديد بالصحراء الغربية لمصر . هذة الطرق من المسح تعتبر طرق غير مباشرة .

= طرق كهربية :

هذة هى أهم طرق الدراسة الجيوفيزيائية الأربعة . تعتمد الطريقة على أختلاف المقاومة الكهربية للصخور تبعا لنوعها و كثافتها و حجم و شكل مسام الصخور .

تفيد هذة الطريقة فى تحديد مواقع ينابيع المياة المعدنية و تحديد عمق المياة الجوفية حرة السطح و تحديد مناطق المياة العذبة داخل المناطق المشبعة بالمياة المالحة خاصة فى المناطق الجافة و كما تفيد الطرق الكهربية فى تحديد المناطق عالية النفاذية خاصة فى طبقات الحصى و الرمل و كذلك تستخدم لتحديد سمك طبقات الحصى و الرمل الحاملة للماء الجوفى و أيضا تستخدم الطرق الكهربية لتحديد عمق و وضع الطبقات ذات التشقاقات العالية لأهميتها كمناطق ذات أحتمالت مائية كبيرة .

# رصد جيوفيزيائى داخل الآبار و يجرى داخل الآبار بعد حفرها و يتم بعدة طرق :

= الرصد الكهربى فى الآبار :

بطريقة رصد الجهد التلقائى فى الآبار المغلفة أو بطريقة رصد المقاومة الكهربية فى الآبار الغير مغلفة و تفيد فى دراسة تتابع الصخور ( ليثولوجى ) و التمييز بين الطبقات الحاملة للماء العذب و الماء المالح التى يخترقها البئر و تحديد عمق المناطق المبطنة بالقواسين ( المغلفة ) من البئر و كذلك تحديد عمق الجزء المتآكل أو المنهار من القواسين كما يمكن تحديد المقاومة النوعية للطبقات التى يخترقها البئر .

و توجد طريقة للرصد الدقيق جدا بالميكرولوج و خصائصة تحديد سمك الطبقات التى يخترقها البئر خاصة الطبقات دقيقة السمك و تحديد الحدود بين الطبقات حتى بين الطبقات دقيقة السمك و تحديد المسامية و النفاذية لطبقات الأرض و تحديد الفجوات داخل البئر و هذة الطريقة شائع الأعتماد عليها و يمكن بواستطها قياس أى تغيير بسيط فى قطر البئر يصل الى نصف ملليمتر ( 0.125 بوصة (

= الرصد الأشعاعى داخل الآبار و ينقسم لنوعين اساسين :

رصد أشعة جاما .

تنبعث طبيعيا من الصخور و تستعمل هذة الطريقة لتحديد طبقات الطفلة التى يصعبتمييزها و تحديد سمكها حتى لو كانت مالحة .

الرصد النيوترونى .

يتم بقذف الصخور بالنيوترونات . و تستعمل فى تحديد الطبقات فى الأبار المغلفة و الغير مغلفة و هى الأدق فى تحديد مسامية الصخور و تفيد فى تحديد الطبقات المتماسكة و المضغوطة و معرفة الجزء من البئر المغلف بالمصافى ذات الفتحات .

= الرصد الحرارى داخل البئر .

عامة ترتفع درجة الحرارة 1 درجة مؤية مع كل 30 متر ( 100 قدم ) عمق لكن نوع الصخور يؤثر و وجود ماء أو غاز يخفض درجة الحرار عن معدلة أو يرتفع نتيجة تفاعلات نارية جوفية

يستعمل الرصد الحرارى فى مقارنة نتائجة مع نتائج الرصد الكهربى و يمكنة تحديد أرتفاع الأسمنت لو وضع فى البئر و يمكنةتحديد مناطق فقد محلول الطفلة المستخدم مع الحفارات الرحوية .

= رصد قطر البئر و يتم بجهاز معاييرة ( كاليبر ) يركب مع الميكرولوج المستخدم للرصد الكهربى :

و يستخدم فى التقدير الدقيق للتغيير فى قطر البئر على الأعماق المختلفة و معرفة بيانات الطبقات على حسب طريقة الحفر حبث يزيد قطر الحفر فى الطبقات غير المتماسكة عند أستخدام حفارات روية بينما يزيد هذا القطر عند أستخدام الحفار الدقاق لو وجدت طبقة صلبة أسفل الطبقة الغير متماسكة و يتساوى قطر الحفر طبقا لقطر بنطة الحفر فى الطبقات الصلبة عامة .

- الدراسات الهيدرو جيولوجية :

تتم على آبار أختبارية تحفر خصيصا و على الآبار الأنتاجية الموجودة بالمنطقة و هى تنقسم لقسمين :

# دراسات هيدروجيولوجية أثناء الحفر و تدرس الظواهر الأتية :

= ظهور و ثبات سطح المياة فى البئر .

و تسهل معرفة الوصول لسطح الماء عند أستخدام محلول الطفلة ( يستخدم مع الحفارات الرحوية لتشحيم و تبريد أجزاء الحفر و تدعيم جدران البئر و المساعد فى نزح ناتج الحفر و هو يدفع فى دورة من فوق سطح الأرض و يعود لدفعة مرة أخرى و تكون لة لزوجة تضبط معمليا ) كما يمكن تحديد سمك طبقة الماء التى يخترقها البئر حيث تقل خلالها لزوجة محلول الطفلة و يخرج مختلطا بالمياة و لو كانت الطبقة تحمل ماء أرتوازى ضغطة عالى فقد يحدث أندفاع لمحلول الطفلة الى خارج البئر و فى هذة الحالة يقاس مستوى سطح المياة بالمانومتر ( المانومتر هو جهاز قياس الضغط و الآبار الحبيسة و شبة الحبيسة يكون لها مستوى بيزومترى حيث يرتفع مستوى الماء داخل البئر و قد يكون الضغط البيزومترى كافى لضخ الماء من البئر بدون الحاجة لمضخة ).

= درجة فقدان محلول الطفلة فى البئر .لها دلالات على الطبقات التى يخترقها الحفر .

= ملاحظة درجة حرارة و كيميائية محلول الطفلة .عند أختراق البئر للماء تنخفض درجة حرارة محلول الطفلة و يجب أختبارها مرة كل 30 دقيقة من الحفر أما كيميائيا فتختبر دوريا عينات من المحلول فى معمل حقلى بسيط فى منطقة الحفر .

= ملاحظة الهبوط المفاجئ لعمود الحفر .نتيجة وجود فجوات بها طين أو رمال رخوة و أحيانا ماء .

= ملاحظة خروج غازات من البئر .قد توجد مختلطة مع الماء و تحديد كميتها و نوعها و لو تقريبيا يفيد عمليات البحث و الحسابات الهيدرولوجية .

# الدراسات الهيدرولوجية بعد إتمام الحفر .

عبارة عن تجارب أختبارية و عمليات أرصاد مختلفة على لمجموعة الآبار التى تم تصميمها و حفرها :

= عمليات الضخ التجريبى :

تتم على عدة آبار منفردة أو على بئر رئيسى مع ملاحظة الهبوط فى آبار ملاحظة قريبة . تفيد فى تحديد : قياس الهبوط و تحديد المعاملات الهيروليكية للصخور مثل معامل النفاذية و معامل الناقلية و خلافة .

= عمليات الرصد الدورية :

تجرى على مجموعة آبار أختبارية مختارة موزعة على المنطقة التى يجرى فيها البحث . الغرض منها معرفة و تسجيل التغيرات دوريا خلال فترة زمنية كبيرة و هى تفيد فى التنبؤ بالتغيرات المستقبليى .

تتم عمليات الرصد الأتية :

- رصد مستوى سطح المياة :

يتم فى بئر لم يضخ لفترة طويلة و يجب أيقاف ضخ الآبار المجاورة . تتم دوريا كل يوم أو كل عشرة أيام أو كل شهر على الأكثر .

- تسجيل درجة حرارة المياة :

بواسطة ترمومتر خاص تقاس درجة حرارة مياة الآبار الأختبارية دوريا مع قياس درجة حرارة الهواء عند سطح الأرض للمقارنة و تسجل النتائج .

- كيميائية المياة الجوفية :

تؤخذ عينات دورية كل شهر و أحيانا كل 3 شهور يجرى عليها تحليل كيميائى مختصر . بعض مكونات يتم تحليلها فى موقع البئر مباشرة مثل البيكربونات .

تجربة خزان ماء جوفي

يُجري اختبار طبقة المياه الجوفية (أو اختبار الضخ) لتقييم طبقة المياه الجوفية عن طريق "تحفيز" الطبقة من خلال الضخ المستمر، ومراقبة الاستجابة بمعرفة مقدار ومستوى هبوط المياه. اختبار طبقة المياه الجوفية هو أداة شائعة، يستخدمها الهيدروجيولوجيين لتشخيص نوع طبقة المياه الجوفية والتدفق وحدود النظام

تمهيد

في معظم الأحيان يتم إجراء اختبار مبسط للتعرف على كيفية آداء البئر حيث يتم قياس معدل التصريف مع أخذ بعض قراءات الهبوط وذلك بغرض اختبار المضخة المناسبة لخصائص تشغيل البئر. وبالإضافة إلى ذلك فإن عملية الاختبار إذا ما تم تخطيطها وتنفيذها بدقة فإنها تكشف عن حقائق هامة حول كيفية أداء الخزان المائي الجوفي نفسه والتي لا يمكن الحصول عليها بنفس الدقة باستخدام أي طريقة أخرى. والاختبار بهذا الوضع يعرف باختبار الخزان المائي.

تعريفات أساسية

مستوى الماء الثابت:

هو المستوى الذي يقف الماء عنده في حالة سكون البئر (عدم سحب المياه منه سواء بالضخ أو بالتدفق الذاتي) ويتم التعبير عنه بالمسافة من سطح الأرض (أو أية نقطة قياي أخرى قريبة من سطح الأرض) إلى مستوى الماء في البئر وفي الآبار المتدفقة ذاتياً يكون مستوى الماء الثابت فوق سطح الأرض ويتم قياسه بعد إيقاف التدفق ولذلك فإنه يُسمى أحياناً بالضغط المحبوس.

مستوى الماء المتحرك:

هو المستوى الذي يقف الماء عنده أثناء تشغيل البئر (عند سحب المياه منه سواء بالضخ أو بالتدفق الذاتي) ويُسمى في بعض الحيان بمستوى الماء الديناميكي أو مستوى الضخ.

الهبوط:

ويعني مدى انخفاض مستوى الماء أثناء سحب المياه من البئر ويساوي الفرق بين مستوى الماء الثابت ومستوى الماء المتحرك ويمثل الضغط اللازم لانسياب المياه من الخزان الجوفي باتجاه البئر عند معدل سحب المياه من هذا الخزان.

الهبوط المتبقي:

بعد إيقاف سحب المياه من البئر فإن مستوى الماء يرتفع ويقترب من مستوى الماء الثابت الذي تمت ملاحظته قبل البدء في عملية السحب وفي أثناء فترة الإستعاضة هذه فإن المسافة حيث يوجد مستوى الماء تحت مستوى الماء الثابت الأصلي في أي وقت تسمى الهبوط المتبقي.

معدل تصريف البئر:

هو حجم المياه التي يتم سحبها من البئر في وحدة الزمن ويُعبر عنه عادة بالجالون في الدقيقة وقد تُستعمل وحدات أخرى مثل اللتر في الثانية.

الطاقة النوعية:

وهي معدل تصريف البئر المقابل لكل وحدة من الهبوط ويُعبر عنها بالجالون في الدقيقة لكل قدم أو باللتر في الثانية لكل متر. ويتم حسابها بقسمة معدل الإنتاج على مقدار الهبوط الذي يتم قياسه في نفس الوقت.

الهبوط النوعي:

ويمثل مقدار الهبوط المقابل لكل وحدة من معدل التصريف ويُعبر عنه بالقدم لكل جالون في الدقيقة أو بالمتر لكل لتر في الثانية.

قياس معدل التصريف

يمكن قياس معدل التصريف باستخدام بعض الطرق البسيطة والتي تعتبر دقيقة إلى حد ما وذلك بتعيين الوقت اللازم لتعبئة وعاء أو حاوية ذات حجم معروف بالماء وكذلك فإنه يمكن استخدام عدادات المياه التجارية لتحديد كمية المياه التي يتم سحبها من البئر في وقت محدد ولكن أكثر الطرق دقة لقياس معدل التصريف تتم باستخدام السياج الحلقي.

والسياج الحلقي عبارة عن فتحة كاملة الإستدارة تتوسط لوح دائري من الصلب ولها حواف مربعة نظيفة ويبلغ سمك اللوح حول حواف الفتحة 1/16 بوصة ويتم تركيب السياج الحلقي عند الطرف الخارجي لأنبوبة التصريف بحيث تتوسط فتحة الساج في الأنبوبة تماماً وينبغي أن تكون أنبوبة التصريف مستقيمة في وضع أفقي لمسافة لا تقل عن ستة أقدام خلف طرفها الخارجي. وعلى مسافة 24 بوصة بالضبط من السياج الحلقي يتم ثقب أنبوبة التصريف في وسطها تماماً ومن خلال هذا الثقب تثبت أنبوبة من البلاستيك أو المطاط المرن الشفاف تسمى الأنبوبة البيزومترية ليمكن قياس ضغط الماء في أنبوبة التصريف كما يتم تثبيت مسطرة مدرجة مع الأنبوبة البيزومترية في وضع رأسي ليمكن قياس المسافة التي يرتفع إليها الماء في الأنبوبة. ويتم حساب كمية المياه التي تتدفق من فتحة السياج الحلقي باستخدام المعادلة التالية:

1/2^(Q=8.02KA(h

حيث (Q):

هي معدل التصريف في وحدة الزمن ويعبر عنه بالجالون في الدقيقة في حالة حساب مساحة فتحة السياج الحلقي (A) بالبوصة المربعة، وارتفاع مستوى الماء في الأنبوبة البيزمترية (h)بالبوصة، أما (K)فهو معامل التصريف للسياج الحلقي ويختلف باختلاف أقطار فتحة السياج وأنبوبة التصريف ويمكن الحصول على قيمة هذاالمعامل باستخدام الرسوم البيانية.

وعملية حساب معدل التصريف باستخدام طريقة السياج الحلقي دقيقة جداً ولا تتعدى نسبة الخطأ فيها 2% بشرط الأخذ في الاعتبار ما يلي:

ألا تتجاوز نسبة قطر فتحة السياج الحلقي إلى قطر أنبوبة التصريف عن 0,8 وفي الواقع فإن الدقة تبدأ في التناقص عندما تتجاوز هذه النسبة عن 0,7.

أن تكون الأنبوبة البيزومترية خالية تماماً من العوائق وكذلك فقاعات الهواء.

ونظراً لأن طريقة لسياج الحلقي قد أصبحت من أكثر الطرق استخداماً لقياس معدل التصريف ولتسهيل العمليات الحسابية فقد وضعت جداول يمكن باستخدامها معرفة معدل التصريف مباشرة وذلك باستعمال سياجات حلقية وكذلك أنابيب تصريف ذات أقطار مختلفة.

قياس مستوى الماء

المسبار الكهربي (بالإنجليزية: Electric Sounder)، ويُعتبر الوسيلة اليدوية الأكثر استخداماً ويتكون المسبار من قطب كهربائي يُعلق بزوج من الأسلاك المعزولة، وجهاز أميتر يعمل بالبطاريات الصغيرة.

ويوضح غلق الدائرة الكهربائية وسريان التيار الكهربي عندما يلامس القطب سطح الماء في البئر. وهذه الطريقة دقيقة إلا أنه قد تحدث بعض الأخطاء نتيجة الالتواءات والثنيات التي قد تحدث في السلك أثناء إنزاله في البئر أو إخراجه منه كذلك قد يتسبب في وجود بعض الزيوت الطافية على سطح الماء في عزل القطب الكهربائي وعدم تأثره عندما يصل إلى سطح الماء ولهذه الأسباب فإنه يفضل استخدام هذه الطريقة عندما يكون العمق إلى سطح الماء محدوداً.

خط الهواء (بالإنجليزية: Airline):

يتم تركيب خط الهواء في البئر بغرض قياس العمق إلى سطح الماء ويتكون خط الهواء من أنبوب ذات قطر صغير (1/4 بوصة) وبطول يكفي ليمتد من فوهة البئر إلى نقطة تسفل أعمق مستوى يمكن أن يصل إليه الماء أثناءالضخ بعدة أقدام ويجب أن يكون خط الهواء محكماً لا يسمح بتسرب الهواء كما يجب قياس طوله الرأسي بكل دقة ويزود طرفه العلوي بصمام وبتوصيلات مناسبة تسمح بضخ الهواء في الخط باستخدام مضخة هوائية عادية كما تسمح أيضاً بتركيب جهاز لقياس ضغط الهواء وعادة تكون قراءات الجهاز بالرصل على البوصة المربعة ولكن توجد بعض الأجهزة المعدلة التي تعطي قراءاتها بالأقدام من المياه.

وتعمل هذه الطريقة على أساس أن ضغط الهواء اللازم لدفع الماء الموجود داخل الجزء المغمور من خط الهواء يساوي الضغط المائي لعمود من المياه بنفس الارتفاع فإذا تم تحويل هذا الضغط إلى أقدام من المياه فإنه يمكن حساب العمق إلى مستوى الماء في البئر وكخطوة أولى أساسية يتم تحديد العمق من نقطة القياس على السطح إلى نهاية خط الهواء بكل دقة. ولتحديد مستوى الماء في البئر عند أي وقت أثناء الاختبار يتم ضخ الهواء في الخط ويلاحظ عندئذ أن الضغط المبين في عداد الضغط يرتفع إلى أن يصل إلى قيمة عظمى ويعني ذلك أنه قد تم دفع جميع الماء إلى خارج خط الهواءوعند هذه النقطة فإن ضغط الهواء في الخط يعادل تماماً ضغط الماء وتبين قراءة العداد الضغط اللازم لحمل عمود من الماء ارتفاعه يساوي المسافة من مستوى الماء في البئر إلى الطرف السفلي لخط الهواء. فإذا كانت قراءة الجهاز بالأقدام من المياه فإنها تبين مباشرة طول الجزء المغمور من خط الهواء أما إذا كانت قراءات الجهاز بالرطل على البوصة المربعة فيتم تحويل تلك القراءات إلى أقدام من المياه (الرطل على البوصة المربعة يساوي 2,31 قدم من المياه). وبطرح الطول المغمور من الطول الكلي لخط الهواء نحصل على العمق إلى مستوى الماء اسفل نقطة القياس عند الوقت المحدد. والقياس الذي يتم قبل أن يبدأ الضخ يدل على مستوى الماء الثابت.

وتتوقف صحة قياسات مستوى الماء بواسطة خط الهواء على دقة عداد الضغط المستخدم والعناية كل مرة في تحديد القراءة الأولية للضغط قبل أن يبدأ مؤشر العداد بالتراجع. وعموماً فإنه يمكن تحديد مستوى الماء بهذه الطريقة في حدود 0.2 قدم من القيمة الحقيقية وعلى هذا النحو فإنها ليست دقيقة بما يكفي للإستخدام في آبار المراقبة عند إجراء اختبارات الخزان المائي ومع ذلك فإنها أكثر الطرق استعمالاً لقياس مستوى الماء في الآبار الإنتاجية.

وفي الآبار المتدفقة ذاتياً يتم قياس ارتفاع مستوى الماء عن سطح الأرض أو أي نقطة قياس أخرى وذلك باستخدام جهاز لقياس الضغط يتم تركيبه مباشرة في الجزء الظاهر من أنابيب التغليف أو في أنبوب التصريف.

الترتيبات الخاصة بعملية الإختبار

قبل البدء في عملية الإختبار يجب التأكد من اتخاذ الترتيبات التالية:

اختيار نقطة مناسبة يتم الرجوع إليها بجميع قياسات مستوى سطح الماء.

في اختبارات الضخ ينبغي أن تكون المضخة والماكينة قادرتين على إنتاج أقصى حد لكميات المياه المتوقع انتاجها بعد اتمام عمليات تنمية وتطوير البئر.

في حالة استخدام طرية السياج الحلقي لقياس معدل التصرف فإنه ينبغي أن يكون قطر أنبوب التصريف وكذلك السياج الحلقي متناسب مع كمية الإنتاج المتوقعة.

تركيب صمام على أنبوب التصريف للعمل على إنتاج كميات ثابتة من الماء أثناء عملية الإختبار وأي تغير في معدل التصريف أثناء الإختبار ينبغي معالجته في الحال باستخدام الصمام.

في اختبارات الضخ ينبغي اتخاذ الاحتياطيات التي تسمح بأخذ قياسات مستوى الماء باستعمال المسبار الكهربي أو خط الهواء وكذلك في حالة الآبار المتدفقة ذاتياً فإنه ينبغي اتخاذ الترتيبات المناسبة لاستخدام قياس الضغط.

يجب أن تبدأ عملية الاختبار بعد مضي مالا يقل عن 24 ساعة على آخر مرة كانت البئر تنتج منه المياه.

إذا بدأ الإختبار فيجب أن يستمر انتاج المياه دون توقف حتى ينتهي الاختبار فإذا حدث وإن توقف الإنتاج لأي سبب من الأسباب فإنه ينبغي إعادة الاختبار مرة أخرى بعد مضي 24 ساعة من التوقف.

يجب قياس مستوى الماء الثابت بدقة فب بداية عملية الإختبار

خلال عملية الإختبار يجب تسجيل درجات حرارة المياه وكذلك توصيلها الكهربائي على فترات زمنية محددة ومتقاربة.

تتم عملية قياس هبوط مستوى الماء حسب الخطوات التالية:

الاختبار عند معدل انتاج ثابت (بالإنجليزية: Constant Rate Discharge Test):

في هذا الإختبار يتم سحب المياه من البئر الانتاجية لمدة زمنية معينة عند معدل إنتاج واحد وتسجيل الهبوط في هذا البئر وآبار المراقبة القريبة. والإختبار المثالي ينبغي أن يستمر حتى الوصول إلى حالة الثبات أي حتى يثبت مخروط السحب ولكن عملياً فإن ذلك نادر الحدوث وفي الخزانات المائية المقيدة فإن مخروط السحب يتسع سريعاً لأنه لا يحدث تفريغ حقيقي من المياه ولكن بدلاً من ذلك فإن الضغط يتناقص في المنطقة المحيطة بالبئر ولذلك فإن الإختبار لمدة 24 ساعة يعتبر كافياً للحصول على معلومات يعتمد عليها ولكن في الخزانات المائية الحرة فإنه يلزم حوالي 72 ساعة لتفريغ الماء الموجود بداخل مخروط السحب لأن الماء يتغلغل إلى أسفل ببطء في معظم الرسوبيات الطباقية بيد أنه في بعض الحالات فإن مخروط السحب يثبت قبل مرور هذه المدة وعلى أية حال فإنه ينبغي عدم ايقاف الاختبار قبل الوصول غلى حالة الثبات.

اختبار الإستعاضة (بالإنجليزية: Recovery Test )

بعد إيقاف سحب المياه من البئر الإنتاجية يتم قياس مستوى الماء أو الضغط في هذه البئر وآبار المراقبة وبنفس الفترات الزمنية المتبعة في الاختبار السابق لمدة 24 ساعة أو حتى يعود الماء إلى مستواه الثابت الأصلي تقريباً.

اختبار الهبوط عند مراحل متزايدة من الإنتاج (بالإنجليزية: Step Drawdown Discharge Test)

في هذا الإختبار يتم سحب المياه من البئر الإنتاجية عند مراحل متتابعة متزايدة من الإنتاج وتسجيل الهبوط المصاحب لكل من هذه المراحل ويجب أن يشتمل الاختبار على عدد من المراحل يتراوح من خمسة إلى ثمانية تستغرق كل منها من ساعتين إلى ثلاثة ويجري قياس مستويات المياه أو الضغط في كل من هذه المراحل عند نفس الفترات الزمنية المستحدمة في الاختبارات السابقة.

تحليل بيانات الإختبار

تعتمد الطريقة التي تُعالج بها البيانات التي يتم الحصول عليها أثناء الاختبار على العديد من العوامل التي تؤثر بشكل أو بآخر على تلك البيانات ويمكن تقسيم تلك العوامل إلى مجموعتين الأولى تتعلق بسلوك الخزان الجوفي مثل نوعية الخزان (حر أو مقيد) وسماكته ودرجة تجانسه ومدى اتصاله بالخزانات التي تعلوه أو تسفله والثانية تتعلق بسلوك البئر مثل أقطار وأطوال أنابيب التغليف ( حجم المياه المخزونة داخل تلك الأنابيب فوق مستوى الخزان الجوفي) والفارق بين درجة حرارة المياه داخل الخزان الجوفي وبين درجة حرارة المخزون من داخل أنابيب التغليف وقرب البئر من مصادر التغذية المتصلة بالخزان الجوفي وكذلك قربه من أحد الحواجز الطبيعية أو الصناعية وكذلك نسبة سمك الجزء الذي تم اختراقه في البئر إلى سمك الخزان الجوفي بأكمله. ولكن واحد من هذه العوامل الحلول الرياضية لمعالجته دون الدخول في تفاصيل تلك الحلول أو طرق توضيح أبسط الطرق المستعمله لتحليل بيانات الاختبار على النحو التالي:

العلاقة بين الهبوط والإنتاج

(بالإنجليزية: Drawdown - Yield)

هناك معادلة تحكم هذه العلاقة والتي توصل إليها جاكوب عام 1946م وهي:

الهبوط = (معامل فاقد الطبقة المنتجة للمياه * الإنتاج) + (معامل فاقد البئر * مربع الإنتاج)

وتكتب على النحو التالي:

S=BQ + CQ2

حيث s هي الهبوط، Q معدل الإنتاج، B معامل فاقد الطبقة المنتجة للمياه، C معامل فاقد البئر

العلاقة بين الهبوط والوقت

إن المتغيرات في هذه العلاقة هي الهبوط والوقت مع تثبيت العوامل الأخرى وأهمها الإنتاج ولذلك تستخدم بيانات الاختبار عند معدل انتاج ثابت ويُستفاد من هذه العلاقة في استنباط المعاملات الهيدروليكية التالية:

معامل السماحية:

لقد توصل جاكوب إلى استنباط معامل السماحية باستخدام المعادلة التالية:

T)= 264 * Q/(S2-S1

حيث T هي معمل السماحية بالجالون في اليوم لكل قدم، Q هي معدل الإنتاج بالجالون في الدقيقة، S2-S1 هي قيمة التغير في الهبوط بالقدم في دورة لوغاريتمية واحدة من الوقت.

مقدمة الدراسة الهيدروجيولوجية باستخدام المعاملات الهيدروليكية

تلعب المياه الجوفية العذبة دورا مهما في التنمية الاقتصادية و الاجتماعية للمناطق الاستثمارية، ِحيث يتم اللجوء إليها لسد الحاجيات المتزايدة سواء لتزويد السكان بالماء الصالح للشرب، والصناعة أو ري السهول الساحلية للتنمية الزراعية.

لكن الاستعمال المتزايد لهذه الموارد الجوفية بطريقة غير عقلانية يؤدي الى استنزافها وهبوط حاد لمنسوب المياه الجوفية، حيـث ينتج عنه طغيان المياه المالحة البحرية لتكتسح المياه العذبة الساحلية فتلوثها.

وكما هو معلوم فان ظاهرة طغيان المياه البحرية تكتسي ميزة خاصة في دراسات الموارد المائية الجوفية، حيـث أن هيدرودينامكية المياه تتطلب معالجة الوضع بطريقة خاصة بالنسبة لمنطقة تماس المياه العذبة والمياه المالحة .

ذالك أن التحليل و نمذجة الشروط التي تتحكم في هيدرودينامكية تداخل المياه الجوفية و المياه العذبة تختلف عن تلك الشروط التي عادة ما تطبق في الدراسات الهيدروجيوجية الكلاسيكية، حيـث أن برنامج سريان المياه تتم ازدواجيته ببرنامج المحاليل دون الأخذ في الاعتبار التغيرات التي تطرأ على الكثافة المائية.

تدخل إطار دراسات نموذجية وإعداد نماذج رياضية لتداخل المياه المالحة الجوفية والمياه العذبة في المناطق الاستثمارية الصناعية

والهدف منها هو إعداد مقاربة نموذجية لدراسة نمذجة و تمثيل ظاهرة تداخل المياه الجوفية المالحة والمياه العذبة ، وذلك من أجل إدارة مستدامة وعقلانية للموارد المائية الجوفية.

ومن ثم تمثل هذه الدراسات حالة نموذجية لتقويم الموارد المائية في هذه المناطق و التنبؤ حول التغيرات الممكنة في نظام حركة المياه الجوفية وقيم الهبوطات المتوقعة في سطح المياه الجوفية العذبة، ونسبة الملوحة بعد طغيان المياه المالحة.

بواسطة هذه البرامج الرياضية المتخصصة يتم تحديد السطح الفاصل بين المياه العذبة و المياه المالحة، حيـث يكتسب أهمية تطبيقية كبيرة لأنه يساعد على تخطيط استثمار المياه العذبة بشكل يحد من تقدم جبهة المياه المالحة و يوقف تدهور نوعية الموارد المائية العذبة.

و تتمتع هذه الأنظمة المائية بتوازن هيدروستاتيكي حساس يتأثر بسرعة و بشدة بفعل أية عمليات ضخ للمياه العذبة دون حساب حقيقي لأبعاد النظم الجيومترية، حيـث تسفرالآبار الإستثمارية عن تداخل المياه المالحة نحو الأعلى (Upconing)، فيتم تخريب مستويات المياه العذبة و بالتالي القضاء على الزراعات القائمة على المياه الجوفية.

وقد تم إعداد خلاصة عن الوضع الجيولوجي وتحليل للوضع الهيدروجيولوجي للمنطقة الذي اعتمد لبناء النموذج، ووصفا للنموذج الهيدروجيولوجي الاعتباري والشروط الحدية واختيار النظام المناسب لإعداد النموذج وتحديد الشبكة، ومن ثم مناقشة لأسلوب المعالجة الرياضية الذي يتوافق مع الشروط الحدية للمنطقة، حيث تم عرض للمعادلات التفاضلية الجزئية لحركة المياه الجوفية وتنقل المحاليل في المياه ازدواجيا، مع شرح لأسلوب حل هذه المعادلات، ومن ثم تشغيل النموذج من أجل معايرته على مرحلتين :

الأولى لحالة الثبات والثانية لحالة عدم الثبات حيث ثم تحديد المعاملات الهيدروليكية والتنقلية (hydrodispersive) للطبقات الحاملة والموازنة المائية.

وتم دراسة لحالة عدم الثبات ضمن الشروط والخطط الاستثمارية المقترحة من طرف المصالح المختصة من أجل دراسة الموازنة المائية، والهبوطات المتوقعة في سطح المياه الجوفية، وقيم نسبة الملوحة في المياه الجوفية، وتحديد مدى طغيان المياه المالحة على المياه العذبة الساحلية على ضوء الاستثمارات المقترحة.

وأخيرا دراسة أفاق تنمية الموارد المائية المتاحة في المنطقة وتقويمها من خلال تشغيل النموذج لمرحلة رابعة يتم بمقتضاها دراسة سيناريوهات مختلفة تعتمد على دراسة تأثير استثمارات مكثفة وخطط مستقبلية على النظام المائي الجوفي القائم في المنطقة.

مسببات تلوث المياه الجوفية:

هناك نوعين من المسببات لتلوث المياه الجوفية.

فمسببات النوع الأول:

الطبيعة وتغيرات المناخية، فالمسطحات المائية وفتحات الآبار والينابيع المعرضة للظروف الجوية تستقبل كميات كبيرة من الملوثات وعبر تلك المتنفسات الطبيعية للخزانات الجوفية تتسرب تلك الملوثات إلى المياه الجوفية. إن مساهمة هذه الملوثات المسؤولة عنها التغيرات المناخية، ليست كبيرةً وتستلزم وقتاً كبيراً. أما النوع الثاني من مسببات النشاطات المتعددة وغير المسؤولة للإنسان اتجاه الطبيعية منها:

1- مخلفات المجتمعات الحضرية:

فكلما زادت نسبة التحضر في المجتمعات، كلما زادت ملوثاتها ( المجتمعات الريفية ملوثاتها قليلة اتجاه الطبيعية) فمياه الصرف الصحي لتلك المجتمعات كبيرة جداً وبحالة عدم وجود مجاري للصرف الصحي في مناطق تلك التجمعات أو وجود مجاري صرف صحي غير محكمة ( عديمة الصيانة)، فأن كميات كبيرة من مياه الصرف الصحي ستتسرب نحو جوف الأرض وتعمل على تلوث المياه الجوفية. هذه الحالة من التلوث تقتصر على مياه الصرف وليس على موادها الصلبة التي تبقى فوق سطح الأرض نتيجة عملية الترشيح عبر عدة طبقات سطحية من رمال وحصى..وغيرها.

2-مخلفات صناعية:

تترك النشاطات الصناعية للمجتمعات الحضرية مخلفات كثيرة ( ملوثات) مضرة بالطبيعية، وحين تطرح تلك الملوثات دون معالجة نحو الأنهار والبحيرات والبحار فأنها تسبب تلوثاً لتلك المياه ولم يقتصر الأمر على ذلك فقط وأنما قسماً من تلك الملوثات سيأخذ طريقه نحو المياه الجوفية.

والملوثات الصناعية على العموم، يمكن تقسيمها لثلاثة أنواع هي:

ملوثات كيميائية:

تشمل فلزات الطبقات الحاملة للمياه من فلزات..وغيرها، بالإضافة إلى نفايات التصنيع.

والملوثات البيولوجية:

تشمل مخلفات تصنيع الأدوية والمختبرات العلمية بالإضافة إلى مخلفات المستشفيات حيث تحتوي على أنواع مضرة من البكيريا والفيروسات المرضية التي يمكن أن تصل إلى المياه الجوفية عبر تسربها من المجاري الصحية أو عبر الأنهار أو عبر براز الإنسان والحيوان.

3-المخلفات الزراعية:

هي المخلفات الناتجة عن استخدام الأسمدة والمخصبات الزراعية وكذلك المبيدات الزراعية التي تحوي عشرات العناصر السامة والمعادن الثقيلة التي تأخذ طريقها عبر المبازل الزراعية إلى الأنهار أو البحيرات ومنها تتسرب نحو المياه الجوفية، وقد تتخذ طريقاً مباشراً عبر فوهات الآبار المنتشرة في الأراضي الزراعية. تعتبر مكونات المخصبات الزراعية والمبيدات الحشرية من العناصر الخطرة على الإنسان والحيوان وكذلك على الكائنات الحية الأخرى كونها تتألف من مركبات كيماوية معقدة ذات آثر ضار.

العوامل الأساسية لتلوث المياه الجوفية

1-التوسع في الزراعة والحاجة المستمرة إلى مشاريع مروية من مياه المخزون الجوفي. ويمثل النشاط الأساسي المتسبب في نضوب وإنهاك هذا المخزون.

كما أن النشاط الزراعي مسؤول عن تلوث المياه الجوفية بسبب زيادة النترات الناتجة عن استعمال الأسمدة والمبيدات، ونتيجة للمخلفات الصلبة والسائلة للحيوانات إضافة إلى الأنماط السيئة للمصارف الزراعية والصحية.

2-تعتبر النشاطات الصناعية عاملاً أساسياً في تلوث المياه الجوفية والسطحية على السواء. ويختلف نمط تلوث المياه الجوفية باختلاف المصدر الملوث، مثل مخلفات السيانيد الناتجة عن عمليات التعدين والورق الغني بالكبريت ومخلفات صناعة المصابيح الكهربائية والمواد الغنية بالزئبق الناتجة عن الصناعات الكهربائية والمخلفات الصلبة للصناعات البتروكيميائية والتعدين وإنتاج الغاز والنفط.

لا تعتبر النشاطات الصناعية السبب الرئيس وراء نضوب المصادر المائية لكنها السبب الرئيس لتلوثها.

3-تعتبر النشاطات المنزلية والتجارية من الأسباب الرئيسية لتلوث المياه الجوفية رغم أن تأثيرها ثانوي على الاستهلاك.

ويرجع سبب التلوث إلى التركيز المرتفع للكبريتات والكلوريدات والنيترات، وقد تشكل المواد المتسربة من مخلفات صرف المنازل والنشاطات التجارية مصدراً ملوثاً خطيراً على المياه الجوفية وذلك لمكوناتها القابلة للذوبان وحاجتها الكبيرة من الأوكسجين البيولوجي الذي قد ينتج عنه ظاهرة نقص الأوكسجين في النطاقين المشبع وغير المشبع المعرضين للتسرب المباشر بواسطة الأمطار.

وعموماً، فأن هناك نوعين من المعالجة لملوثات المياه الجوفية:

النوع الأول معالجته مكلفة ويأخذ وقتاً طويلاً :

وقد لا يستعيد الخزان المائي حالته الطبيعية وحيئذاً تعد المياه غير صالحة للشرب كما هو الحال في التلوث الإشعاعي- النووي الذي يتسرب نحو الخزانات الجوفية ويسبب تلوثها وآثاره تبقى لملايين السنيين.

أما النوع الثاني فالملوثات القابلة للمعالجة:

غالبا ما تكون نوع من أنواع البكتريا المرضية أو عناصر معدنية ثقيلة ذات نسب عالية السمية للاستخدامات البشرية أو لها تأثيرات سلبية على منتجات التصنيع في حال استخدامها بحالتها الخام.

وبشكل عام، فالملوثات السائدة في المياه الجوفية هي:

المعادن الثقيلة؛ والمغذيات الزراعية؛ والكيميائيات العضوية؛ ومبيدات الحشرات؛ والمكونات الملحية؛ والبكتريا ( الجراثيم)؛ وأخيراً الفيروسات.

وأغلب تلك الملوثات هي نتيجة للاستخدامات البشرية، وكما أشرنا سابقاً بشكل مفصل عن أسباب المرضية منها وتأثيراتها السلبية على المياه الجوفية.

ولكن تلك الملوثات لا تأخذ طريقها وبنفس النسب نحو المياه الجوفية، حيث تتأثر تلك النسب بشكل كبير عند مرورها بالطبقات الأرضية التي تعلو الخزان الجوفي وتتفاعل مع مكونات وعناصر أخرى كثيرة مما يؤدي إلى تغير نسبها أو امتصاص القسم الأكبر منها في المنطقة المشبعة من جذور النباتات.

وتتأثر عملية تخفيف الملوثات خلال مسارها في نطاق التربة [ ونطاق المياه الجوفية بتفاعلات كيميائية طبيعية وبالعمليات البيولوجية والفيزيائية التي غالباً ما تسبب تغيراً في حالتها الفيزيائية وتركيبها الكيميائي.

تتضمن التفاعلات والعمليات الأساسية العمليات الجيوكيميائية ( كالادمصاص وإزالة الأدمصاص؛ والانحلال؛ والهطول؛ والأكسدة والإرجاع) والعمليات الفيزيائية ( كانتقال الحرارة في اتجاه أفقي والتشتت، التبعثر، والإعاقة أو التأخير والترشيح) والعمليات البيوكيميائية (كالتفسخ العضوي والتركيب الخلوي) والعمليات البيوفيزيائية ( رشح وانتقال الكائنات الممرضة) وثمة تباين في هذه العمليات وشدتها تحت سطح الأرض، فنطاق التربة هو الأكثر أهمية وتبايناً بالمقارنة ببقية الأوساط التطبيقية،

ففي نطاق الجذور تتحطم كميات ملموسة من الكيميائيات بواسطة العضويات الدقيقة أو بالعمليات الكيميائية والفيزيائية وهذه تمتصها النباتات.

أما النطاق غير المشبع فيلعب أهم دور في تأخير وصول الملوثات إلى منسوب المياه الجوفية. وهناك عمليات أخرى تحدث في النطاق المشبع حيث تكون عمليات الانحلال وتمديد المحاليل والتشتت ( التبعثر) الهيدروديناميكي هي الأكثر فعالية.

إذاً، هناك نطاقين ( المشبع وغير المشبع) في طبقات الأرض يلعبان دوراً مهماً في وصول أو عدم وصول الملوثات إلى المياه الجوفية، وأن أكثر العمليات التي تطرأ على الملوثات تحدث في النطاق المشبع.

يضاف إلى تلك العمليات الحيوية حركة تلك الملوثات ضمن الطبقات الأرضية بمعنى آخر التكوينات الأرضية ( تربة كلسية؛ وغرينية؛ ومتشققة..وغيرها) تساهم بقدر ليس قليلاً في ( إعاقة أو تسهيل) وصول الملوثات إلى المياه الجوفية، وتستغرق تلك العملية مدة طويلة وهي متعلقة بحجم الملوثات وبنوع الطبقة الصخرية التي تمر عبرها.

وتنشط في منطقة الجذور بالتربة  أكثر العمليات الطبيعية تنوعاً وشدة حيث [ تتحلل كميات لا بأس بها من المواد الكيميائية بواسطة العضويات المجهرية الصغيرة من خلال العمليات الكيميائية والفيزيائية ويتم امتصاصها من قبل النباتات.

كما يحدث نشاط بيولوجي (حيوي) في النطاق غير المشبع إلا أنه أقل أثراً من نشاط نطاق التربة حيث تسيطر العمليات الكيميائية والفيزيائية. أما الظاهرة الأساسية في النطاق غير المشبع فتتمثل في إعاقة وتأخير وصول الملوثات إلى سطح المياه الجوفية.

وهناك عمليات أقل أهمية تحدث في النطاق المشبع من الطبقة المائية حيث يكون الانحلال وتخفيف التراكيز والتشتت الهيدروديناميكي العمليات الأكثر فعالية في تخفيف التلوث ].

ومن العرض السابق، يمكن تلخيص العمليات الأساسية المؤثرة على حركة ونوعية الملوثات بأربعة عمليات:

العمليات الجيوكيميائية، تشمل ( الادمصاص وإزالته؛ والانحلال والترسيب؛ والأكسدة والإرجاع)؛ والعمليات البيوكيميائية ( الحيوية)؛والعمليات الفيزيائية، تشمل ( الانتقال مع حركة المياه؛ والتشتت أو التبعثر؛ والإعاقة؛ والترشيح؛ وانتقال الغازات)؛ والعمليات البيوفيزيائية ( الحيوية الفيزيائية).

تلك النشاطات الكيميائية والفيزيائية في أغلبها تحدث في المنطقة المشبعة، وتساهم المنطقة غير المشبعة بالقسم الثاني من العمليات. وهي عمليات معقدة لها ظروفها من حيث اختلاف درجات الحرارة ودرجة الحموضة والوسط الذي تجري فيه، بالإضافة إلى نوع البكتريا المتواجدة في الوسط التي تساهم بقدر كبير في تغير نتائج التحلل للملوثات.

وعلى العموم، التقييم الذي يجب اعتماده في معرفة العوامل المؤثرة على التلوث تتحكم به عوامل عديدة منها الأساسية:

حجم التغذية المائية؛ وخصائص التربة؛ ومميزات النطاقان المشبع وغير المشبع.

أما العوامل الثانوية فهي: الطبوغرافيا؛ وعلاقة المياه الجوفية بالمياه السطحية ومكونات الطبقات تحت الطبقة المائية الجوفية. وهناك ثلاث طرق عالمية معتمد في تقييم قابلية المياه الجوفية للتلوث:

1-الطرق الهيدروجيولوجية: نظام عالمي مناسب للمناطق الشاسعة ذات المظاهر الطبيعية المختلفة، وتشمل هذه الطرق مقاربة منطقة معينة مع المعايير التحكيمية التي تمثل شروط وظروف تحدد قابلية المياه الجوفية للتلوث.

2-الطرق المعاملاتية أو البارامترية: تشمل أنظمة تعتمد على المصفوفات وأنظمة تقديرية وأنظمة تعتمد على العد النقطي وكافة هذه الطرق والأنظمة تعتمد على أسلوب مشترك وهو اختيار المعاملات التي تعتقد بأنها العوامل المؤثرة على قابلية المياه الجوفية للتلوث.

وتحدد في الغالب أوزان لكل منها تعكس أهميتها النسبية، وحسب طبيعية العامل المؤثر يتم تحديد فئات تتناسب مع مدى هذا المؤثر، ويسند لكل منها عدد أو قيمة تعكس دوره في الحد من انتقال تلوث الطبقات المائية المختلفة (قيد الدراسة) يتم تصنيف النتائج وتقسيمها إلى رمز يمثل درجات مختلفة من قابلية هذه الطبقات المائية في منطقة الدراسة للتلوث.

3-طرق تعتمد على النماذج الرقمية أو علاقات المحاكاة: تعتمد على تحليل رياضي يسفر عن تحديد قرينة لقابلية التلوث، وهذه الطرق قابلة للتطبيق عادة عند تقييم القابلية النوعية لتلوث المياه الجوفية.

تعتبر تلك الطرق أكثر رواجاً في العالم لتقييم قابلية المياه الجوفية للتلوث، وتستند إلى أجهزة خاصة متطورة في تلك القياسات لكنها ليست أكثر شيوعاً في العالم كونها طرق ذات تقنيات عالية تقتصر على الدول المتقدمة.

ولتحديد التلوث في زمانه ومكانه، لا بد من أجهزة رصد ومراقبة متطور من أجل السيطرة عليه ومنع انتشاره وكما ذكرنا سابقاً أن تلوث المياه الجوفية ليس من السهولة كشفه كما هو الحال مع المياه السطحية .

وهناك نوعان من المراقبة للمياه الجوفيةهما:

1-نظام مراقبة محلي:

يهدف لمراقبة التلوث الناجم عن مصدر واحد، وهناك عدة احتياطات يجب أخذها بعين الاعتبار وهي:

¨         تقييم شواهد تلوث المياه الجوفية وتحديد حجم المشكلة.

¨         جمع المعلومات حول الملوثات المتوقعة والاستعمالات المترتبة على ذلك.

¨         جمع المعلومات عن الهيدروجيولوجيا ومتغيرات الخزان الجوفي واتجاه السريان.

¨         اختبار آبار المراقبة.

¨         وضع برنامج لجمع العينات وتحليلها.

2- نظام مراقبة إقليمي:

يهدف لمراقبة التغيرات في نوعية المياه لخزان معين أثناء فترة الاستغلال مثل الخزانات المعرضة لتداخل مياه البحر، ويجب أن يؤخذ بعين الاعتبار الاحتياطات الآتية:

¨         تحديد مصدر التلوث.

¨         جمع وتحليل كل البيانات المتاحة.

¨         إجراء بعض الدراسات الهيدروجيولوجية الإضافية التي تهدف إلى تحديد المشكلة بشكل أفضل.

¨         اختيار آبار مراقبة على ضوء شبكة الرصد المتاحة من قبل.

¨         الحصول على التجهيزات اللازمة.

¨         إدارة وأخذ عينات منتظمة على فترات زمنية محددة.

¨         معالجة وتفسير البيانات وتوصيل النتائج إلى أصحاب الخبرة.

تلك الأنظمة المحلية والإقليمية كفيلة برصد ومتابعة نوع ومكان التلوث وحجمه، ليصار إلى اتخاذ الإجراءات الكفيلة بالسيطرة عليه والحد منه. وما لم يجرِ التنسيق بين الأنظمة المحلية والإقليمي وبشكل دوري، فأن فعالية تلك الأنظمة ستكون غير مجدية فتبادل المعلومات بشكل دوري ورصد التغيرات التي تحدث على المياه الجوفية وبطرق علمية حديثة يضمن بفعالية الحافظ عليها من التلوث.

ولن تقتصر عمل تلك الأنظمة على رصد التلوث، وأنما بياناتها ومعطياتها الأخرى تفيد في رسم الخرائط إعادة تقييم وتنمية المياه الجوفية بشكل أمثل. وعموماً، فأن الأهداف الرئيسية لأنظمة المراقبة ( المحلية والإقليمية) تندرج تحت البنود التالية:

1-للتعرف على التغيرات الطبيعية لنوعية المياه، وذلك لاعتمادها كقاعدة في تحسس كل مصدر للتلوث.

2-لمتابعة التغير في نوعية المياه الناجمة عن مصدر معروف أو مجهول.

3-للتحكم في نوعية المياه الجوفية عند استعمالها لغرض من الأغراض.

4-لتقييم تلوث المياه في منطقة محددة.

5-لاكتساب الخبرة لتوقع أي تلوث محتمل للخزانات الجوفية.

فهرس مكونات الدراسة

آبار المياه الجوفية و دورة المياة فى الطبيعة ( الدورة الهيدرولوجية (

الماء الجوفي

1 أصل المياه الجوفية
2 المياه الجوفية
2.1 تواجد المياه الجوفية وحركتها
3 الخزانات الجوفية
3.1 الخزانات الحرة (الغير مقيدة)
3.2 الخزانات المقيدة (الارتوازية)
4 خصائص الخزانات الجوفية
4.1 التخزين
4.2 التوصيل المائي
5 تلوث المياه الجوفية
6 تداخل مياه البحر

المياه الجوفية في مصر

الصحراء الشرقية
شبه جزيرة سيناء
ساحل البحر الأحمر (العين السخنة- حلايب)
منطقة الزعفرانة - رأس غارب
منطقة رأس غارب - الغردقة
منطقة الغردقة- سفاجا
منطقة سفاجا - رأس بيناس
منطقة رأس بيناس – حلايب
الخزان ذو الصخور الجيرية المتشققة
منطقة الصحراء الشرقية
هضبة الصخور الجيرية الطفلية للعصر الكريتاوي العلوي والإيوسين
هضبة الجلالة القبلية
الخزان المكون لرمال النوبيا
منطقة الصحراء الشرقية

العوامل المؤثرة في تذبذب مستوى المياه الجوفي

ـ الهطول المطري
ـ الجريان السطحي
ـ التبخر والنتح (التبخر النتحي(
ـ الضغط الجوي

المصادر الرئيسية للمياه الجوفية

نظريات تشكل المياه الجوفية

- نظرية التسرب
- نظرية التكاثف
- نظرية المياه العذرية
- النظرية الترسيبية
- نظرية المنشأالكيماوى

حالات المياه الجوفية في الأراضي

- مياه في حالة البخار
- المياه المرتبطة فيزيائياً بسطوح الصخور
- المياه الثقالية
- المياه الشعرية
- المياه المتجمدة
- المياه المرتبطة كيمياوياً

الطبقات الصخرية

مناطق المياه الجوفية في الطبقات الصخرية

- الصخور الرسوبية
- الصخور النارية
- الصخور المتحولة

أشكال الطبقات الحاملة للمياه الجوفية

- طبقة المياه الحرة
- طبقة المياه شبه الحرة
- طبقة المياه الارتوازية
- طبقة المياه الحبيسة غير المضغوطة

حركة المياه الجوفية underground water movement

نظام الجريان الصفائحي أو المنتظم، ونظام الجريان المضطرب أو غير المنتظم.

الظاهرات الناتجـة عـن المياه الجوفيــة

طرق حفر الابار

يتكون بئر الماء من جزأين رئيسيين

حفر آبار المياه الجوفية

مراحل إنشاء البئر عملية الحفر الفعلية التنفيذية

. مرحلة الحفر Drilling Stage .

. مرحلة وضع أنابيب التغليف Casing Installation Stage .

.. مرحلة تركيب المصافي مع وضع حشوة الحصى إذا تطلب أنشاء البئر ذلك Screen Placement Stage.

. مرحلة تثبيت أنابيب التغليف بواسطة الإسمنت وعزل الأجزاء غير المرغوب في أسغلالها Cementing or Grouting Stage .

. مرحلة تنمية البئر وتجهيزة للاستخدام النهائي Development Stage .

طرق حفر الآبار

. طريقة الحفر بالآلة السلكية (الدقاق)
. طريقة الحفر بالدوران الرحوي.
. طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي.
. الآبار المدفوعة ( المدقوقة )
. الآبار المحفورة يدويا.

التصميم المثالي للآبار
التحديد الصحيح لأبعاد البئر (العمق والقطر)
التدقيق في اختيار المواد الداخلة في الإنشاء.

دراسة وافية لموقع حفر البئر من النواحي الطبوغرافية والجيولوجية والهيدروجيولوجية.

1 طبوغرافية الموقع
2 الدراسات الجيولوجية للموقع
3 الدراسات الهيدروجيولوجية للموقع

4 رصد بئر
رصد أشعة جاما
رصد الجهد الذاتي
رصد المقاومة النوعية
رصد الكثافة
الرصد الصوتي
رصد قطر البئر
سجل العينات الطينية
/الرصد أثناء الحفر
NMR Logging

الدراسات البيئية والجيوتقنية.

- عملية المسح الجيوفيزيقي
- الأرصاد الكهربائية
- أرصاد المقاومة النوعية
- رصد الجهد الذاتي
- الأرصاد الإشعاعية
- أرصاد أشعة جاما
- أرصاد النيوترون
- رصد الكثافة الكلية
- الأرصاد الصوتية
- أنواع أخرى من الرصد

تلوث المياه الجوفية

الأنشطة السطحية المتعددة والمسببة لتلوث المياه الجوفية
الأنشطة الزراعية:
الأنشطة الآدمية
الأنشطة الصناعية
السحب الجائر من المياه الجوفية
عوامل خارجية اخرى
تداخل مياه البحر

تلوث المياه الجوفية والاساليب الجيوفيزيائية

خزانات المياه الجوفية

الخزانات الجوفية تسمى الخزانات المحدودة (المحصورة ) وغير المحدودة،

حماية المياه الجوفية من التلوث السطحي

الاجراءات المستخدمة المتبعة لحفر بئر مياه جوفية الخاص بالبئر المقصود حفره

مواصفات البئر
- غلاف البئر
- مصافى البئر
- طول غلاف البئر و طول المصافى
- الغلاف الزلطى للبئر ( الزلط الفينو)
- تطهير البئر وكيف يتم
- العمر الافتراضى للبئر

تعليمات عامة لحفر الآبار المائية الجوفية

خطوات ترخيص الآبار المرخص لها بتعبئة المياه تجاريا
البعد بين بئرين

-الدراسات الهيدروجيولوجية لموقع البئر وتحديد مواصفاته وكفائته وعمره الافتراضى

الإستقصاءات الأولية للخزان الجوفى Groundwater Exploration
نوعية البيانات المطلوبة
بيانات مناخية
نظام المياه السطحية
الخرائط والقطاعات
حصر الآبار الموجودة
بيانات الطبقة الحاملة Aquifer
تجهيز البيانات وعرضها Data Processing and Presentation
تجهيز البيانات Data Processing
عرض البيانات Data Presentation
نظام شبكة التقييم Setup of Evaluation Network

خرائط ودراسات المياه الجوفية والقطاعات

-خرائط طبوغرافية وصور جوية.
-خرائط وقطاعات جيولوجية.
-خرائط كنتورية لمناسيب المياه الجوفية.
-خرائط عمق سطح المياه الجوفية الحر.
-خرائط كنتورية لسقف وقاع الطبقة الحاملة للمياه.
-خرائط كنتورية تبين الخواص الهيدروليكية للطبقات الحاملة للمياه.
-خرائط تبين مقدار وتوزيع السحب من المياه الجوفية.
-خرائط تبين نوعية المياه الجوفية (الملوحة والتلوث)

شبكة التقييم فى حالة مشروع رى أو صرف مرتبط بالمياه الجوفية

-نظام التشغيل الفعلى للآبار.
-منسوب الضاغط الأستاتيكى والديناميكى للمياه الجوفية.
-عمق منسوب المياه الجوفية عن سطح الأرض.
-نوعية المياه الجوفية.
-مناسيب وتصرف شبكة المياه السطحية (إن وجدت) بالمنطقة

الإستقصاءات الحقلية

تجميع البيانات الحقلية
قياس مناسيب المياه الجوفية
قياس نوعية المياه الجوفية
قياس تصرفات ونوعية المياه السطحية
طرق الاستشعار عن بعد Remote Sensing Techniques
المساحة الجيوفيزيائية Geophysical Survey
طريقة المقاومة الجيوكهربية Geo-Electrical Resistivity
تقييم الخزان الجوفى Groundwater Evaluation
إدخال البيانات Parameter Input
معايرة النموذج Calibration
إختبار الحساسية Sensitivity Analysis
تطبيقات النموذج Application
التعظيم Optimization

أنواع الآبار المستخدمة فى مشروعات الشرب و الرى والصرف

الآبار الإنتاجية Discharge Wells
بيت المضخة Pump house
رأس البئر
ماسورة البئر Casing
المضخة
العازل الطينى Clay Seal
المصافى Screen
مصيدة الرمال Sand Trap
أذرع التمركز Centralizers
الغلاف الزلطى

إجراءات حماية مصادر المياه الجوفية من التدهور

العمر الأفتراضى لبئر المياة الجوفية :

يقدر العمر الأفتراضى للبئر المحفور بطريقة سليمة و مطابقة للمواصفات بمقدار 25 سنة و لكن يمكن أن يمتد عمر البئر لأطول من ذلك . و على العكس فأن البئر المحفور بطريفة غير سليمة فقد يكون عمرة 10 سنوات أو 5 بل هناك بئر لا يعمل ألا 2 -3 سنة .
حفر بئر جيد يعمر بحسب عمرة الأفتراضى أكثر أقتصادا من حفر بئرين رخيصين رديئين خلال نفس العمر . كيفية الحصول على الماء الجوفى و الأستفادة بة .

من وجهه نظر الميكانيكا يوجد ما يسمى بالنظام الهيدروليكى و يتكون من خزان ( ريزرفوار ) للسائل و مضخه و مرشحات لحفظ السائل من التلوث و توجد وسائل أستفادة من الطافة الهيدروليكية و هى لا تعنينا فى موضوعنا .

الخزان يكون معرض للهواء الجوى و السائل بة يكون تحت تأثير الضغط الجوى و قوة الجاذبية الأرضية و تنطبق هذة المواصفات على خزان المياة الجوفية حر السطح . الحالة الثانية للخزان أن يكون معزولا عن الهواء الجوى و يكون تحت ضغط من مصدر ضغط أو تحت الضغط الهيدروليكى للسائل نفسة و ذلك ما ينطبق على خزان المياة الجوفية المحصورة ( أو تسمى أيضا الحبيسة ) و تكون المياة فيها تحت ضغط أكبر من الضغط الجوى وهو الضغط الهيدروليكى للماء و يسمى أيضا الضغط البيزومترى .

الضغوط فى كلا النوعين من الخزانات تؤثر فى دخول الماء للطلمبة.

الأهمية الأكبر لضغط الماء داخل الخزان الجوفى تتمثل فى حركة الماء الجوفى التى تسمى السريان )

المرشحات تحمى من التلوث لكن الوسيلة المستخدمة لمنع تلوث الماء الجوفى هى القاطع ( سيل ) الذى ينشأ حول غلاف البئر من سطح الأرض و حتى عمق مناسب لقطع الماء السطحى بما يمكن أن يحملة من ملوثات و منع وصولة الى الماء الجوفى .

هذة القواطع العازلة تشيد بالأسمنت مثل الخرسانة لكن بدون زلط أو تشييد من معادن الطين و المستخدم منها هنا هو البنتونيت .

القطر الاقتصادي لأنابيب المضخات

يجب عمل موازنة ومفاضلة دقيقة عند اختيار القطر الاقتصادي لأنابيب المضخات قبل الشروع بتنفيذ المشروع، وهذا يتم بعد إجراء مفاضلة لاختيار القطر المناسب الذي يحقق أقل تكلفة سنوية مع مراعاة ما يلي:

- إذا تم اختيار قطر أنبوب أقل من القطر الاقتصادي، ففي هذه الحالة تكون تكلفة الأنابيب قليلة، ولكن تكلفة الضخ تكون أكبر بكثير من التوفير في تكلفة الأنابيب، وذلك بسبب زيادة فاقد الاحتكاك في الأنبوب نتيجة لزيادة سرعة تدفق الماء بداخله، وهذا يتطلب زيادة القدرة الحصانية للمضخة مما يؤدي إلى زيادة تكلفة الضخ.

- إذا تم اختيار قطر أكبر من القطر الاقتصادي ففي هذه الحالة تكون تكلفة الضخ أقل، ولكن تكلفة الأنابيب تكون أكبر بكثير من التوفير الذي قد نحصل عليه من عملية الضخ.

كما يمكن وضع بعض مؤشرات لقياس أداء البئر

(إذا إعتبرنا أن جميع الأعمال من تصميم إلى تنفيذ كانت على الوجه الأكمل) على النحو التالى:

- نقص تصرف البئر عن التصرف التصميمى مع الزمن. قد يدل على إنسداد الغلاف الزلطى أو إنهيار القاسون أو المصافى أو نقص كفاءة الطلمبة أو زيادة السحب بالمنطقة عن الإمكانات.

- زيادة نسبة الأملاح أو تلوث المياه. قد يدل على زيادة السحب عن الإمكانات أو خلخلة الإتزان الديناميكى للمياه العذبة والمالحة (المناطق الساحلية) أو عدم سلامة تنفيذ البئر وحمايته من التلوث السطحى.

- زيادة نسبة الرمال فى المياه المستخرجة. قد يدل على إتساع فتحات المصفاه نتيجة تآكلها أو هبوط الغلاف الزلطى أو كسر القاسون أو المصافى.

- هبوط سطح الأرض حول البئر. قد يدل على زيادة السحب أو سوء التصميم أو التطهير أو التنمية للبئر.

- إرتفاع حرارة المحرك. قد يدل على عدم سلامة التركيبات الميكانيكية أو الكهربائية أو عدم موائمة حجم المحرك للسحب.

ولضمان المحافظة على المياه الجوفية من التدهور ينصح بالآتى
- ضرورة إتباع أسس الحصول على تراخيص لإنشاء الآبار الجديدة نظراً لأنها تعتمد على تواجد المصدر وتواصله وبذلك نضمن سلامة وإستمرارية المياه مع المحافظة على الآبار القائمة (وزارة الأشغال العامة والموارد المائية(

- إمتداد الإرشاد الزراعى ليشمل أسس ومعدلات إضافة المخصبات الزراعية والمبيدات وبذلك يقل الفاقد منها إلى المياه الجوفية والمجارى المائية بوجه عام.

- صيانة شبكات الصرف الصحى مع إمداد المناطق المحرومة بشبكات مناسبة وبذلك يقل التلوث الآدمى.

- إتباع الأسس السليمة فى إنشاء وصيانة خزانات التحليل والخنادق لإقلال الفاقد منها إلى الخزان الجوفى.

- عدم السماح بحقن الملوثات الصناعية إلى الخزانات الجوفية (قاسون) مع مراقبة خزانات البترول الأرضية وضمان سلامتها من الشروخ التى تؤدى إلى تسرب المواد البترولية إلى الخزان الجوفى.

هذا بالإضافة إلى ضرورة متابعة التغيرات التى تطرأ على المياه الجوفية (كما ونوعا) لضمان التدخل فى الأوقات المناسبة قبل تفاقم المشاكل.

أما فيما يخص الآبار الإنتاجية فيوصى بما يلى

- الإختيار السليم لموقع البئر من حيث ضمان وجود طبقة حاملة للمياه ذات كفاءة عالية من حيث التوصيل والنوعية مع إختبار صلاحية المياه للغرض على أعماق مختلفة أثناء الحفر.

- فى حالة آبار الشرب لابد أن يكون وضع المصافى على عمق مناسب بعيدا عن تأثير الملوثات السطحية (أكبر من 50م) وبعيداً بقدر الإمكان عن مصادر التلوث الطبيعى (الحديد والمنجنيز.

- الإختيار المناسب لأقطار المواسير والغلاف الزلطى وتنمية البئر لضمان نظافة المياه الجوفية حوله مع ضرورة وضع السدادة الأسمنتية فى الجزء الأعلى لحماية البئر من أى تلوث مباشر من السطح.

- فى حالة آبار الشرب يجب تحريم الأنشطة التى ينتج عنها تلوث فى مساحة حرم البئر والتى تحدد تبعا لكل موقع على حده من واقع المعاملات الهيدروليكية للطبقات ومعدلات السحب.

- إتباع سياسة تشغيل مناسبة للبئر والخزان الجوفى مع المراقبة المستمرة للعناصر الأساسية والتدخل السريع حين حدوث آية مشكلة.

المضخة قلب أى نظام هيدروليكى و وظيفة المضخة هى تحويل الطاقة الميكانيكية الى طاقة هيدروليكية , اى عمل المضخة هو تحويل الطاقة الميكانيكية الى سائل متدفق .

يوجد من المضخات عدة أنواع لكن النوع المستخدم بصفة عامة هو المضخات الدوارة ( روتيتنج ) و تتكون من دفاعة ( أيمبيلر ) تشبة المروحة أو الترس و هى جزء دوار لة ريشات محيطة بة كأسنان الترس و توجد الدفاعة بداخل وعاء ( بول ) حاوى لها يمثل جسم المضخة بة فتحة لدخول الماء تجهز بناشرة ( ديفيوشر ) عبارة عن شكل فتحة الدخول و ممر توجية دخول الماء للمضخة بأقل أحتكاك و يوجد على الجهه المقابلة لفتحة دخول الماء فتحة أخرى لخروج الماء و عادة تكون فتحة دخول الماء أكثر أتساعا من فتحة خروجة أو أن يتساويان .

يطلق على هذا النوع من المضخات أيضا أسم المضخات الطاردة المركزية ( سنتريفيوجن بامب ) .

يوجد ما يسمى بالمضخة التربينية و هى نفسها الطاردة المركزية لكن يزيد عدد ريشات الدفاعة و تأخذ شكل كتربينة محرك الطائرات التوربينى .

تأخذ الدفاعة حركتها الدورانية من محرك ميكانيكى أو محرك كهربى و هناك محركات لبعض أنظمة الضخ تعمل بالطاقة الشمسية التى تحول الى طاقة كهربية تخزن فى بطاريات لتشغل محرك المضخة الذى يعمل بالتيار المستمر و فى جميع الأحوال تتحول الطاقة الميكانيكية للدفاعة الدوارة الى طاقة هيدروليكية تنتقل الماء الذى يصبح لدية ضغط كافى لأندفاعة من فتحة خروج المضخة و وصولة الى ما هو أبعد من ذلك و يتوقف ذلك على كمية ضغط الماء

يوجد لكل مضخة ما يسمى القدرة المائية للمضخة و هى نسبة قدرة الماء الداخل للمضخة الى نسبة قدرة الماء الخارج منها .

المحرك الميكانيكى أو الكهربى الذى يدير المضخة يجب أن تكون قدرتة تزيد بمقدار 30 % عن القدرة المائية للمضخة أى تكون قدرتة هى حاصل ضرب قدرة المضخة مضروبا فى 1,3 , و يجب ألا تقل قدرة مولد القدرة عن ما يزيد بنسبة 20 % من قدرة المضخة على الأقل

الماء الواقع تحت ضغط جوى يكون واقع تحت ضغط مقدارة 1 ضغط جوى و هو ما يساوى ضغط عمود من المياة أرتفاعة 10,5 متر تقريبا .

أن مقدار واحد من الضغط الجوى يمكنة رفع الماء لأعلى و لمسافة عشرة أمتار تقريبا .

الماء يدخل الى المضخة بتأثير الضغط الجوى أى يمكن للماء أن يصل للمضخة التى توجد على مسافة عشرة أمتار فوق سطح الماء لكن هذا لن يحدث لأن الماء يفقد جزء من طاقتى بالأختكاك مع أنبوب الماء و جسم المضخة قبل وصولة للدفاعة و لأن الجاذبية الأرضية تعمل عكس رفع الماء لأعلى بضغط الهواء و يصل أجمالى الفقد فى الضغط الى ما بعادل حوالى 3 متر ماء أى ما يعادل ضغط عمود من الماء أرتفاعة 3 متر لكنة يعمل فى عكس أتجاة رفع المياة .

أذن لا يمكن للمضخة أن تعمل لو كانت ترتفع عن سطح الماء بممسافة تزيد عن 7 أو 6,5 متر .

و لو زادت المسافة قليلا تحدث مشكلة التكهف فنتيجة لنشؤ أماكن ضغط منخفض داخل المضحة فيها يتبخر جزء من الماء مكونا فقاعات هوائية تسير لمسافة معينة داخل المضخة قبل تلاشيها بأنفجار فيسمع صوتا و كأن المضخة تقلب زلطا بداخلها و تتسب أضرار ميكانيكية للدفاعة من تنقير و كسور .

سطح الماء الجوفى يكون على أعماق تختلف تحت سطح الأرض و يزيد هذا العمق عند ضخ ماء من البئر و هو ما يسمى الهبوط ( درو داون ) .

فنتيجة عمل المضخة يحدث سريان للماء الجوفى غى أتجاة البئر شكلة شعاعى أى يتجة الماء من جميع الأنحاء نحو مركز البئر و لأسفل يمسافة معينة تختلف فيأخذ سطح الماء فى الهبوط لأسفل على شكل قمع يسمى مخروط الهبوط تكون قمتة فى مركز البئر أى فى نقطة على محورة الطولى .

النوع التوربينى يتم وضعهم بداخل البئر فى وسط المياة و تحت مستوى الهبوط المتوقع الناشيئ عن الضخ من البئر بل تكون المضخة تحت هذا المستوى بمسافة أمان ما بين 5 الى 10 متر و بداخل غلاف البئر ( كيسنج ) و الجزء من البئر المسمى بالمصافى (فلتر ) و هو مثل الغلاف لكنة مثقب بفتحات لا تقل مساحة سطحها عن 5 % من أجمالى مساحة سطح المصافى و هى الجزء الوحيد الذى يدخل الماء منة الى البئر لذلك يزيد نفاذ الماء لداخل البئر بزيادة كل من طول و قطر المصافى مما يكون لة الأثر فى زيادة تصرف البئر أضافة الى أمكانيات المضخة على التصرف .

لكن يبقى العامل الأكثر حسما فى تصرف البئر محكوما بالخواص الطبيعية ( الفيزيائية ) للطبقة الحاملة للمياة فلو كانت من صخور جيرية يوجد الماء بين شقوقها فهى فليلة النفاذية ( يمكن حدوث ذلك فى الصخر الطينى أو الجرانتى غير المنفذ عادة و أحيانا يحتوى شقوق لظروف جيولوجية كونت الشقوق بنفاذية أقل من صخور الحجر الجيرى ) , أما الحجر الرملى المكون من حبيبات رمل و زلط فمسامة أوسع و نفاذيتة أكبر كما توجد خاصية أخرى غير النفاذية تسمى الناقلية و الناقلية تخص حركة الماء لأعلى نحو سطح الأرض .

حيث تتحكم الناقلية فى أنتاجية البئر و معها النفاذية و كذلك تصرف المضخة و طول المصافى و نسبة فتحاتها و قطر البئر و مستوى الماء قبل الضخ و مستوى الهبوط .

نوعى المضخة التوربينة المعلقتين بالبئر .

احداهما محورية هى طويلة المحور و هو من الصلب غير القابل للصدأ يمتد حتى خارج البئر .

غلاف البئر لا ينتهى عند سطح الأرض بل يعلوة بمسافة ما بين 30 و 60 سنتيمتر و يكون فوقة جزء تابع للمضخة يسمى رأس التصريف و منة يخرج الماء المنتج من البئر . و يبرز محور أدارة الطلمبة من أعلاة ليركب فوقة مباشرة محرك كهربائى يديرة أو يدار بمحرك ميكانيكى يتصل بة عادة بواسطة صندوق تروس أو ربما سير .

النوع الثانى من الطلمبات يسمى المضخة الغاطسة و فيها يكون مركبا أسفل المضخة محرك كهربائى يدير المضخة و يخرج منة كابل تغذيتة بالكهرباء يصل الى خارج البئر حيث يوجد مصدر تيار المدينة أو مولد قدرة كهربائية .

المضخة التوربينية الغاطسة الكهربائية أو المحورية تعطى ضغطا يتراوح بين 1 الى 2 ضغط جوى أى رفع يتراوح ما بين 10 و 20 متر ماء .

والاحتياج الى مقدار من الضغط أكبر من ذلك يساوى مجموع المسافة مابين مستوى هبوط البئر عند الضخ و حتى مستوى سطح الأرض و ليكن مثلا 40 متر مقدار الفقد فى الضغط الناتج عن أحتكاك الماء بجدار أنابيب شبكة الرى و وصلاتها من محابس و كيعان و غيرة و ليكن 15 متر مضاف ألية الضغط اللازم لتشغيل الرشاشات أو النقاطات و يلزمها أقل ضغط يساوى نصف متر ليكون مجموع الضغط المطلوب فى النهاية لنقل أنة 60 متر و لتلبية هذا الأحتياج تصنع مضخة الأعماق من عدة مراحل أى عدة طلمبات موصلة مع بعضها على التوالى فى أتصال مباشر أى ترطب المضخات فوق بعضها البعض مباشرة لتعمل كمضخة واحدة .

يتم أختيار المضخة بناء على أربعة أختيارات هى:

- التصرف المطلوب و هو يعنى حجم الماء المطلوب ضخة من البئر مقدرا بالمتر المكعب فى الساعة أو مقدرا باللتر فى الدقيقة .

- ضغط الماء المطلوب مقدار بطول عمود المياة ( واتر هيد ) مقاسا بالمتر أو بالرطل على البوصة المربعة ( بى أس أى فى النظام الأتجليزى يقابلة كيلوجرام على السنتيمتر المربع فى النظام الفرنسى ).

- قدرة محرك المضخة مقدرة بالحصان الميكانيكى ( هورس باور ) أو الكيلو وات ساعة و هو يساوى 0,74 حصان ميكانيكى
- كفاءة الطلمبة و أحسن حالاتها تكون أكبر من 70 % و كفاءة الطلمبة يحددها المصنع المنتج لها و تكون عادة فى شكل رسم بيانى المحور السينى ( أكس ) الأفقى يكون علية التصرفات المختلفة للطلمبة و المحور الصادى ( واى ) الرأسى الى اليسار يكون علية الضغط .

واهم عنصرين هما القدرة المحركة و يوضع على شكل منحنى و الكفاءة تكون على محور طولى موازى لمحور الضغط الى يمين الرسم أو قد تكون فى منحنى هى الأخرى .

تصرف المضخة و ضغطها يتناسابان فيما لبنهما تناسبا عكسيا أى أنة كلما زاد تصرف المضخة قل ضغطها و العكس صحيح فكلما زاد ضغط المضخة قل تصرفها .

أما القدرة المحركة فهى تتناسب مع كل من الضغط و التصرف تناسبا طرديا فكلمل زاد التصرف زادت القدرة المحركة المطلوبة و كلما زاد الضغط أيضا زادت القدرة و العكس صحيح فكلما قل كل من الضغط و التصرف قلت القدرة

الاسس الهندسية لاختبار المضخات

المضخات الطاردة المركزية
أنواع المضخات الطاردة المركزية
السرعة النوعية للمضخات
ربط المضخات على التوالي والتوازي
المضخات التربينية الغاطسة
المضخات المروحية ومضخات التدفق المختلط

والمضخة عبارة عن وحدة ميكانيكية تقوم بسحب الماء من البئر أو من حوض التجميع ودفعه بضغط معين إلى المناطق المراد إيصال الماء إليها. وتستمد المضخة قدرتها من محرك كهربائي أو ذو احتراق داخلي. وتتكون المضخة من جسم غير متحرك (غلاف أو حجرة)، يحتوي بداخله على فراغ متصل من الجانب بأنبوب السحب، ويتصل الفراغ من الأعلى بأنبوب الطرد لدفع الماء خارج جسم المضخة وتقوم المروحة بعملية سحب المياه من البئر ودفعها إلى الخارج .

والضغط الجوي هو المبدأ الأساسي في عمل المضخة ورفع الماء إلى الأعلى، فالضغط الجوي يساوي 1 كغم/سنتمتر مربع، والذي يعادل 10 متر من عمود الماء على السنتمتر المربع الواحد. لذا فإن الضغط الجوي هو الذي يؤدي إلى رفع الماء داخل أنبوب السحب لارتفاع لا يزيد عن 10 متر. ومن الناحية العملية لا يرتفع الماء أكثر من 8 متر نتيجة فقدانه جزء من الطاقة بسبب احتكاك الماء بجدران المضخة والأنابيب.

وقبل الشروع في توضيح الأنواع المختلفة للمضخات، لا بد من التعرف على بعض المصطلحات المفيدة التي تساعد على تفهم كيفية اختيار نوع المضخة اللازمة للقيام بعمل محدد بأقل تكلفة وبأعلى كفاءة، هذه المفاهيم الأساسية والمهمة في تقدير القدرة الحصانية للمضخة:

-عمود السحب الاستاتيكي:
هو المسافة الرأسية بين مركز المضخة وسطح الماء في البئر أو في الحوض.

-عمود الطرد الاستاتيكي:
هو المسافة الرأسية بين مركز المضخة وفتحة تفريغ الماء.

-العمود الاستاتيكي الكلي:
هو مجموع المسافة الرأسية بين سطح مصدر الماء وفتحة تفريغه، أي أنه يساوي مجموع ارتفاع عمود السحب الاستاتيكي وارتفاع عمود الطرد الاستاتيكي.

-عمود الفقد بالاحتكاك:
هو مقدار الفاقد نتيجة الاحتكاك بين الماء وجدران المضخة والأنابيب، ويقدر الفاقد بالوحدات الطولية.

-ضاغط السرعة:
وهو العمود المناظر للضغط الذي يتحول إلى سرعة اندفاع الماء بداخل الأنابيب أو من نهاية أنبوب الطرد، ويزداد هذا الضاغط كلما زادت السرعة.

-الضاغط الديناميكي الكلي (H):
وهو يساوي العمود الاستاتيكي الكلي مضافاً له عمود الفقد بالاحتكاك وضاغط السرعة، وعلى قيمته تقدر قدرة المضخة اللازمة.

المضخة الطاردة المركزية

يكثر استخدام هذا النوع من المضخات في أعمال الري، حيث تتميز هذه المضخات ببساطة التصميم والكفاءة العالية والتصرف العالي بالإضافة إلى سهولة التركيب وقلة التكلفة. ويمكن فحصها وصيانتها بسهولة، وتلائم سرعات المحركات المختلفة، ويعيبها أن مقدار رفعها للمياه محدود نسبياً

ويستفاد من هذا النوع من المضخات في ضخ المخلفات المائية والمياه المحملة بالمواد الصلبة، بالإضافة إلى أنها تستخدم بنفس القدر في ضخ المياه النقية. وتستخدم المضخات الطاردة المركزية فقط لضخ الماء من الخزانات والبحيرات والجداول والآبار الضحلة التي لا يزيد فيها ضاغط السحب عن ستة أمتار.

ويتناسب تصرف هذا النوع من المضخات طردياً مع كل من عدد ريش المروحة، ومربع قطر المروحة، ومربع سرعة الدوران ومربع عدد المراحل. وتعمل المضخات الطاردة المركزية عادة تعمل بكفاءة تشغيل عالية ضمن مدى ظروف تشغيلية متنوعة، خاصة عندما يكون الضاغط الهيدروليكي الكلي يزيد عن الأربعة أمتار تقريباً، فهي ترفع الماء من مصدره وتضخه إلى الخارج، وعليه فإن هذا النوع من المضخات محدد بظروف معينة يحدده عمق منسوب الماء، أي أن موقع المضخة يجب أن يكون ضمن حدود السحب أو بالقرب من سطح الماء في البئر أو الحوض.

أنواع المضخات الطاردة المركزية

تُصَّنع المضخات الطاردة المركزية بنوعين، أما أن تكون أفقية أو رأسية. فالمضخات الأفقية تكون المروحة فيها رأسية ومتصلة بعمود دوران أفقي، أما المضخة الطاردة المركزية الرأسية تكون المروحة فيها أفقية ومتصلة بعمود دوران رأسي. وفي كلا النوعين تسحب المضخة الماء إلى مروحتها، وعليه يجب أن توضع المضخة أعلى من سطح الماء بعدة أمتار.

وتمتاز المضخة الرأسية عن الأفقية بإمكانية إنزالها إلى العمق المناسب، وذلك من خلال إمكانية تمديد أو تطويل عمود الدوران بما يتناسب مع موقع مصدر الطاقة. وتمتاز المضخات الأفقية بأنها أرخص ثمناً، وتستخدم ضمن مدى واسع من ظروف الضخ المختلفة، بينما الرأسية يفضل استخدامها في ضخ الكميات الكبيرة من المياه ومن أعماق بسيطة.

والمضخات الطاردة المركزية الرأسية إما أن تكون غاطسه في الماء أو مكشوفة، وعادة توضع المضخة المكشوفة في حوض أو حفرة بعمق يتلاءم مع عمود السحب، بينما المضخة الغاطسة تثبت بحيث تكون المروحة ومدخل أنبوب السحب تحت منسوب سطح الماء في جميع الأوقات، وفي هذه الحالة لا تحتاج المضخة إلى تهيئة قبل التشغيل، ولكن تكاليف صيانتها تكون باهظة في الغالب.

أما بالنسبة للمضخة الطاردة المركزية من النوع الأفقي فيمكن وضعها في حفرة وذلك للحفاظ على ضاغط سحب معين ضمن حد التشغيل اللازم، وعادة تكون هذه الحفرة محددة بعمق لا يزيد عن 3 – 5 متر. وبشكل عام يمكن وضع المضخات التي تعمل بالطاقة الكهربائية في حفرة، لأنها تستغل أقل قدر ممكن من المساحة. وتعتبر عملية التهيئة أحد أهم عيوب المضخات الطاردة المركزية الأفقية.

التشغيل
تعمل المضخات الطاردة المركزية على مبدأ فعل الطرد المركزي، حيث يقوم المحرك بتدوير المروحة المغمورة بالماء داخل حجرة المضخة، فيدخل الماء من فتحة أنبوب السحب ويصل مركز حجرة المضخة، ثم يرتطم بالمروحة التي تدور بسرعة، وهذا الدوران يسبب طرد الماء من مركز المروحة إلى أطرافها، وبالتالي يطرد الماء إلى خارج حجرة المضخة، ومن ثم ينتقل إلى الخارج من فتحة أنبوب الطرد. هذه المضخات لا يمكن أن تعمل إلا إذا كانت حجرة المضخة مليئة بالماء أو تم تهيئتها قبل التشغيل.

خواص المضخات الطاردة المركزية
يمكن تلخيص أهم خواص هذا النوع من المضخات بالنقاط التالية:

- سهلة التشغيل، ولا يشكل الماء عبئاً على كل من المضخة والمحرك والأنابيب والأساسات المثبتة عليها المضخة.
- هذه المضخات ملاءمة لمدى واسع من سرعات التشغيل.
- يعتمد مقدار كل من التصرف والضاغط على سرعة دوران المروحة وقطرها وعرضها، فزيادة مقدار الضاغط يقلل من التصرف والعكس بالعكس.
- تعتمد القدرة الحصانية لتشغيلها على كل من التصرف والضاغط وكفاءة المضخة.
- يزداد الضاغط الهيدروليكي الكلي وتقل القدرة الحصانية كلما قل التصرف وذلك في حالة ثبوت السرعة والعكس صحيح، أي أنه عندما يقل الضاغط يزداد كل من التصرف والقدرة الحصانية.
- يمكن أن يتأثر أداء المضخات بتغير المروحة أو المحرك أو كليهما معاً.

منحنيات أداء المضخات
عادة العوامل التي تحدد طبيعة ونوع المضخات اللازمة لكل حالة ولكل حقل هي ظروف الضخ، فإذا ما أريد أن تستخدم المضخات بكفاءة عالية يجب أن يتم اختيارها بما يتناسب مع طبيعة مصدر الماء المجهز للحقل والغرض منها، وعليه يجب أن يتم الاختيار بشكل مناسب ودقيق لتحقيق النتائج المرجوة من هذه المضخات بأقل تكلفة تشغيل ممكنة.

إن الاختيار المناسب لمضخة ما للقيام بعمل معين تحت ظروف تشغيل محددة يعد أمراً مهماً للحصول على كفاءة عالية، بشكل عام تم تصنيع المضخات بحيث تعمل بأقصى كفاءة عند تصرف وضغط معينين فقط، ومن المستحيل تصنيع مضخة تلبي جميع ظروف التشغيل، وعليه تم تصنيع سلسلة من المضخات توافق متطلبات مختلفة كي يمكن اختيار الأفضل منها لتقوم بعمل محدد.

ففي حالة توفر معلومات كافية عن خواص المضخة يمكن اختيار المضخة التي تلائم ظروف التشغيل المعينة والحصول على كفاءة عالية بتكاليف تشغيل منخفضة، ولتحقيق هذه الغاية يمكن الاستعانة بالعلاقات المتبادلة بين السرعة والضاغط والتصرف والقوة الحصانية للمضخة المرسومة على هيئة منحنيات تعرف بمنحنيات الخصائص المميزة للمضخة أو منحنيات الأداء ، وبمعرفة خصائص المضخة يمكن اختيار المضخة المناسبة لظروف تشغيل معينة بكفاءة عالية نسبياً وبتكاليف تشغيل منخفضة، ومن هذه المنحنيات ومن البيانات المتوفرة عن البئر والتصرف يمكن الحصول أيضاً على ما يلي:

· تقدير كمية المياه التي يمكن أن تضخها المضخة عند تغير الضاغط الديناميكي الكلي من مقدار معين إلى مقدار آخر وذلك باستخدام منحني الضاغط-التصرف في حالة ثبوت سرعة المضخة.

· تقدير القدرة اللازمة لتشغيل المضخة وذلك من منحني القدرة الحصانية
· تقدير مقدار الشغل الذي يتم إنجازه من قبل المضخة كنسبة مئوية من القدرة المزودة إلى محور المضخة وذلك من منحني الكفاءة.

· تقدير كفاءة المضخة عند أي ضاغط أو سرعة أو تصرف وذلك من واقع منحنيات الأداء.

إن اختيار المضخة يجب أن لا يكون فقط على أساس التصرف والقدرة والرفع وقطر الأنابيب وقطر المروحة بل يجب أن يكون على أساس الكفاءة التي يجب أن تكون ضمن حدود أعلى كفاءة ممكنة، وبشكل عام يجب أن لا تقل عن 70%، ويمكن اختيار الكفاءة لأي مضخة من منحني أداء المضخة، بشكل عام يمكن ملاحظة العلاقات التالية من منحنيات الخصائص المميزة للمضخة (منحنيات الأداء):

· يقل التصرف كلما زاد مقدار الضاغط الديناميكي الكلي حتى يصل عمود الرفع إلى مقدار مساوي لعمود السحب، فيصبح بذلك التصرف يساوي صفر.

· تقل القدرة كلما قل التصرف، فتصبح القدرة أقل ما يمكن عندما يصبح التصرف يساوي صفر.
· تزداد الكفاءة تدريجياً مع زيادة الرفع حتى تصل إلى أقصاها، ثم تبدأ في النقصان إذا نقص عمود الرفع عن حد معين، وتصل الكفاءة إلى الصفر عندمـا يصبح مقدار الرفع صفراً، لأن المضخة في مثل هذه الحالة لا تؤدي عملاً.

لذا يجب عند اختيار المضخة الطاردة المركزية أن يحدد أولاً التصرف والضاغط الديناميكي الكلي (H)، فإذا وقع مكانهما في حدود الكفاءة المناسبة تكون هي المضخة المطلوبة.

البيانات اللازم توفرها لاختيار المضخة
يفضل أن تتوفر البيانات التالية كي يتمكن المنتج من تجهيز المضخة المناسبة من حيث الحجم والنوع للقيام بعمل معين:
1- معلومات عن مصدر الماء
2- ارتفاع عمود السحب
3- طول أنبوب السحب
4- مقدار عمود السحب الاستاتيكي
5- مقدار عمود الطرد الاستاتيكي
6- عدد الانحناءات في خط السحب
7- نوع الشفاط والمصفاة
8- تصرف المضخة
9- موقع المضخة (متنقلة، ثابتة)
10- نوع المحرك، كهربائي، كم هي الفولتية وأي معلومات أخرى
11- وحدة القدرة، هل هي منفصلة عن المضخة أو ملتصقة معها؟
بالإضافة إلى ضرورة الأخذ بالاعتبار جميع العناصر التالية أثناء اختيار نوع المضخة لأداء عمل معين:
1- سعة المضخة وكمية المياه المراد ضخها
2- أهمية مشروع تجهيز المياه
3- التكلفة الأولية لإعداد محطة الضخ
4- تكلفة الصيانة الدورية
5- الحيز المتوفر لتركيب المضخة
6- عدد وحدات الضخ اللازمة
7- ارتفاع عمود رفع المياه

ارتفاع الضخ
تختلف المسافة الرأسية لرفع الماء لأغراض الري في حدود واسعة، حيث يتحدد مقدار أقصى ارتفاع لضخ الماء اقتصاديا حسب التكاليف وليس على أساس الظروف الميكانيكية أو حدود القدرة، وتعزى الأسباب الرئيسية لانخفاض مدى كفاءة جهاز الضخ من حوالي 75% في الظروف المواتية إلى 20% أو أقل في الظروف غير الاعتيادية إلى عيوب في تصميم المضخات وتآكل أجزائها وانسداد الفتحات في أنابيب تغليف البئر.

عمومًا تتناسب تكاليف ضخ المياه بشكل تقريبي مع مقدار الرفع، لذا يجب دراسة الاقتراحات الخاصة بضخ المياه لارتفاعات كبيرة بعناية قبل توظيف رأس المال في مثل هذه الاستثمارات.
تثبيت المضخة والتهيئة لتشغيلها
ينبغي تثبيت المضخة الطاردة المركزية بصورة سليمة إذا ما أُريدَ لها العمل بكامل طاقتها وكفاءتها المقررتين لها، وكذلك لديمومة عملها لفترة أطول، لذا يجب مراعاة الأمور التالية عند تثبيتها:

- يجب أن يكون الموقع ملائماً للفحص الدوري والصيانة
- ينبغي أن يكون موقعها قريب من مصدر الماء للحفاظ على مدى السحب المناسب بقدر الإمكان.
- يجب أن تثبت على قاعدة خرسانية متينة بواسطة مسامير
- تغطية المضخة للحفاظ عليها من المواد الغريبة كالغبار، لذا يمكن تهيئة مبنى أو مضلة للمضخة خاصة في حالة المواقع الدائمة مع إمكانية إجراء أعمال الصيانة لها في الموقع.
- أخذ الاحتياطات اللازمة للحفاظ عليها من احتمالية تعرضها للفيضانات.
- يجب مراعاة ضبط الاتجاه عند ربط المحرك مع المضخة
- يفضل تغطية محور الدوران وأجزاءه المتحركة من أجل السلامة وتفادي المخاطر التي يمكن أن تنجم من جراء حركته
- يجب أن تكون قاعدتها أفقية دائماً وذلك من أجل تشغيلها بصورة جيدة
- يجب التحقق من أن حركة دوران المحرك في الاتجاه الصحيح بحيث تكون حركة الدوران مطابقة لاتجاه الإشارة المبينة على الغلاف
- ينبغي عدم توصيل وربط الأنابيب قسراً، لأن مثل هذا العمل قد يساعد على تغير اتجاه المضخة
- يجب أن لا ترتكز أنابيب السحب والطرد على المضخة لكي لا تضيف أي جهد إضافي عليها.

وقبل البدء بتشغيل المضخة يلزم التحقق من الأمور التالية:

- التأكد من أن جميع الوصلات في أنابيب السحب مانعة لتسرب الهواء تماماً.
- التأكد من أن جميع الأجزاء المتحركة للمضخة ووحدة الطاقة قد تم تشحيمها طبقاً لتوصيات المنتج.
- التحقق من أن جميع أجهزة الآمان في الآلة ومحور الحركة في أماكنها.
- التأكد من توفير قدر كافي من الوقود لتشغيل آلة الاحتراق الداخلي.
- إتباع الخطوات التي أعدها المنتج لبدء تشغيل وحدة القدرة.
- في حالة المضخات المتنقلة والمثبتة على جرارات.يحب التأكد من أنها مضبوطة الوضع والاتجاه
أما في حالة المضخات المتنقلة المستخدمة مع نظم الري بالرش النقالة في مواقع متفرقة من الحقل تثبت المضخة فوق عربة ذات عجلات متصلة بجرار، ويتم تشغيلها إما بربطها مباشرة إلى آلة احتراق داخلي أو بواسطة مصدر الطاقة من الجرار، كما يجب أن تكون المضخة المثبتة على العجلات مستقرة فوق أرض صلبة ومستوية أثناء التشغيل، ومثبتة جيداً في مكانها.

يجب إعطاء عناية خاصة عند تركيب أنبوب السحب، ولتجنب دخول الهواء وتجمعه في الأنبوب ينبغي أن يكون اتجاه الأنبوب إلى الأعلى رأسياً من مصدر الماء إلى المضخة، وأن لا يكون فيه تعرجات ذات انحدارات شديدة ولا تقلصات متفاوتة، وينبغي أن يصل الماء إلى المصفى الموجودة في بداية أنبوب السحب من جميع الجهات، ويجب أن لا ترتكز المصفى على أرضية البئر، بل تكون على ارتفاع يتراوح ما بين 20 و 30 سم.
تهيئة المضخة (تفريغها من الهواء)

لكي تقوم المضخة الطاردة المركزية بسحب المياه لا بد من ملئ غلاف المضخة وأنبوب السحب بالماء لطرد جميع الهواء بداخلها، وهذه العملية تدعى بتهيئة المضخة، وهناك عدة طرق تستخدم لهذا الغرض، فإما أن تضاف المياه إلى المضخة يدوياً أو بواسطة إحدى الطرق المختلفة، كاستخدام مضخة التهيئة، ولكن معظم المضخات من النوع الحديث تكون عادة ذاتية التهيئة.

القدرة اللازمة للمضخات
تعرف القدرة بأنها الشغل المنجز في وحدة الزمن، والشغل هو حاصل ضرب القوة بالمسافة، ويعبر عنه بوحدة كيلو غرام. متر/ثانية أو متر.نيوتن/ثانية أو كيلو وات، ويمكن أن يعبر عنها بالحصان، وتعرف القدرة الحصانية بأنها القوة اللازمة لرفع كيلو غرام واحد في الثانية لمسافة 76 متر.
ويمكن التعبير رياضياً عن قدرة المضخة بالأشكال التالية:
القدرة الحصانية المائية (WHP): هي القوة الحصانية النظرية المطلوبة للضخ، ويمكن التعبير عنها بالصيغة التالية:

حيث أن:
WHP= القدرة المائية، حصان
g = الوزن النوعي للماء، 1
H = الضاغط الديناميكي الكلي، متر
Q = تصرف المضخة، لتر/ثانية

ولكن هذه القدرة ليست هي القدرة الواجب توفرها فعلاً، حيث يفقد منها جزء نتيجة للاحتكاك الناتج عن سرعة دوران الأجزاء المتحركة في المضخة، فلذا تكون القدرة اللازمة لتشغيل المضخة أكبر من القدرة المائية لها، وقدرة التشغيل هذه تدعى القدرة الفرملية (BHP)، والتي تعرف بأنها القدرة الحقيقية المطلوب تجهيزها من قبل محرك الاحتراق الداخلي أو الكهربائي لتشغيل المضخة.

القدرة الفرملية للمضخة= القدرة المائية للمضخة ÷ كفاءة المضخة (E)

والقدرة اللازمة لتحريك المحرك يجب أن تزيد على القدرة المحتاجة من قبل الماء، لذا يمكن تقدير القدرة الفرملية للمحرك بقسمة القدرة الفرملية للمضخة على كفاءة المحرك، أي أن:

القدرة الفرملية للمحرك = القدرة الفرملية للمضخة ÷ كفاءة المحرك (h)

ولتسهيل عملية تقدير قدرة المحرك اللازم لتشغيل مضخة ما، تحسب على أساس أنها تساوي 130% من القدرة الفرملية للمضخة.

لتحديد القدرة الحصانية اللازمة لرفع المياه بواسطة المضخة من منسوب معين إلى منسوب آخر تؤخذ عدة عوامل في الاعتبار، إذ يلزم إضافة فاقد الضاغط نتيجة الاحتكاك في كل جزء من مكونات المضخة والأنابيب إلى مقدار الرفع الكلي الرأسي، وتشتمل مصادر الفقد كل من صمام الشفاط في نهاية أنبوب السحب، وأنبوب السحب، والوصلات، والأكواع واللوازم الأخرى.

يتأثر فاقد الاحتكاك بقطر الأنبوب (D ) وطوله (L) ونوع المادة المصنوع منها التي يعبر عنها بدلالة معامل الخشونة (f )، وتستخدم عدة معادلات لتقدير الفاقد، وأهم معادلة مستخدمة هي:

حيث أن:
hf= مقدار فاقد الاحتكاك في الأنابيب، متر
V = سرعة تدفق الماء في الأنبوب (تتراوح ما بين 1.5 و 2.5 م/ثا)
g = الجاذبية الأرضية (9.81 م/ثا2) يتم الحصول على مقدار الضاغط الكلي بإضافة الفاقد الرئيسي نتيجة الاحتكاك إلى مجموع هذه الفواقد.

كما يمكن إيجاد قيمة فاقد الضاغط بالمتر نتيجة الاحتكاك لكل 1000 مت طولي من أنابيب السحب أو الطرد باستخدام جدول رقم (2)، وهذا الجدول يمثل معاملات لأنابيب الحديد المستعمل القديم عمره 15 عاماً، ويمكن تصحيح هذه المعاملات حسب نوع المادة كما هو مبين في الجدول.

السرعة النوعية للمضخات
بشكل عام يعتمد أداء المضخة على التصرف والضاغط الديناميكي وسرعة دوران المروحة، ولتسهيل عملية التعبير عن صفات المضخة المطلوبة يمكن الاستعاضة عن هذه العناصر برقم واحد، وهو السرعة النوعية التي يعبر عنها بالمعادلة التالية:

ns= السرعة النوعية، دورة لكل دقيقة
Q= التصرف، م3/ثا
g= العجلة الأرضية نتيجة الجاذبية، 9.81 م/ثا2
N= عدد دورات المروحة، دورة لكل دقيقة
H= الضاغط الديناميكي الكلي، متر
284= رقم ثابت غير بعدي خاص بالتحويل

فائدة هذه المعادلة يكون في حالة تشابه أشكال المضخات واختلاف أحجامها، ففي هذه الحالة يمكن استخدام السرعة النوعية لمعرفة نوع المضخة التي نحتاجها بالإضافة إلى الاستعانة بالمنحنيات ومعرفة التصرف والضاغط الديناميكي الكلي والقدرة الحصانية.

فالمضخات ذات السرع النوعية المنخفضة (500 – 2000 دورة لكل دقيقة) تكون خاصة بضخ كميات قليلة من الماء ولكن بضغط عالي، أما المضخات ذات السرعة النوعية العالية (500 – 15000) تكون خاصة بضخ كميات كبيرة من الماء ولكن بضغط منخفض.

ربط المضخات على التوالي والتوازي

عادة تكون احتياجات الضخ ومقدار الضاغط معرضة للتذبذب مع الزمن في محطات الضخ، لذا فإنه من الضروري السيطرة على هذا التذبذب وذلك بنصب أكثر من مضخة في محطة الضخ وربطها سوية إما على التوازي أو على التوالي :

أ‌- عند الربط على التوالي لمضختين من نفس الحجم والتصرف، يكون الناتج هو مضاعفة الضغط ويبقى التصرف ثابت، أي أنه لا يطرأ أي تغير على التصرف .
ب‌- عند الربط على التوازي يتضاعف مقدار التصرف دون أن يتأثر الضغط الخارج (أي أن مقدار الضغط الناتج يساوي ضغط مضخة واحدة).
هذا ينطبق في حالة كون المضخات تصب في المحيط الجوي الخارجي، ولكنها إذا كانت تضخ في أنابيب مغلقة، فهذه الأنابيب تقاوم التدفق بسبب الاحتكاك، مما لا يجعل ناتج الربط على التوالي أو التوازي ينطبق في مثل هذه الحالة.
عند استخدام عدة مضخات في مشروع معين يفضل أن تكون المضخات من نوع واحد متشابهة وبنفس الحجم، فهذا أفضل من الناحية الهيدروليكية، بالإضافة لتوفر الأدوات الاحتياطية بسهولة.، كما أنه من الواجب توفير مضخة أخرى احتياطية في المشاريع الأروائية الكبيرة للتقليل من وقت التصليح والصيانة، وأن تكون جاهزة دائماً للعمل عند الضرورة.

المضخات التربينية للآبار العميقة

تستخدم هذه المضخات لرفع المياه الجوفية من الأعماق البعيدة، وهي عبارة عن مجموعة من المضخات الطاردة المركزية (مراحل أو مراوح المضخة) متصلة الواحدة بالأخرى بنظام يجعل كل منها تسحب المياه من المضخة التي قبلها وتضخه للمضخة التي تليها (الشكل رقم 1) ، ونتيجة لذلك يكون الماء مدفوعاً من مرحلة إلى مرحلة أخرى، وبالتالي يتدفق الماء إلى خارج المضخة بقوة دفع عالية.

وقد يصل عمق السحب في هذا النوع من المضخات عدة مئات من الأمتار، وقد يكون مجموع المراحل (المراوح) فيها سبعة أو أكثر وذلك حسب مقدار الضاغط الديناميكي الكلي.

تدار المضخة التربينية بواسطة محرك كهربائي أو أي مصدر آخر للطاقة مثبت فوق سطح الأرض من خلال محور قد يصل طوله إلى 30 متر، وتكون المضخة عند مستوى منسوب الماء في البئر، ولهذا السبب يواجه هذا النوع من المضخات مشاكل عند زيادة عمق الضخ نظراً لصعوبة نقل حركة المحرك إلى المضخة.

تتميز هذه المضخات بالتصرف العالي، وقدرتها على ضخ المياه من الأعماق البعيدة، وعدم حاجتها للتفريغ من الهواء عند بدء التشغيل، لأنها تكون عادة مغمورة، فضلاً عن ملاءمتها للاستعمال عند وجود تذبذب كبير في مستوى سطح الماء.

أما عيوبها فهي غالية الثمن، صعبة التركيب، وتعذر الوصول إلى بعض أجزاءها، وصعوبة فحصها ومعاينتها أو إصلاحها، وصيانتها مكلفة بشكل عام.

المضخات التربينية الغاطسة

أما النوع الآخر من المضخات التربينية فهي المضخات الغاطسة، في هذا النوع يشكل المحرك والمضخة كتلة واحدة مغلقة تغطس في الماء في حين يبقى أنبوب التفريغ والسلك الكهربائي خارج المضخة.

تتشابه خصائص هذه المضخة مع خصائص مضخة الأعماق الغاطسة التقليدية، وتزداد كفاءة هذا النوع بسبب ارتباطه المباشر وتبريده الفعال الناتج عن الغمر الكامل. وقد استعملت المضخات الغاطسة في الآبار العميقة مع محركات قد تصل قدرتها إلى 250 حصاناً.

الميزة الرئيسية لهذا النوع من المضخات هي إمكانية استعمالها في الآبار العميقة جداً عندما تكون أعمدة الإدارة طويلة وغير عملية، وإمكانية استعمالها بشكل مناسب في الآبار المائلة عند احتمالية عدم توفر الظروف الملائمة لتشغيل النوع العادي من المضخات، فهي ملائمة في حالة احتمالية غمر التجهيزات أو صعوبة إنشاء غرفة خاصة بالمضخة فوق سطح الأرض.

المضخات المروحية ومضخات التدفق المختلط

تستخدم المضخات المروحية ومضخات التدفق المختلط في ضخ التصرفات الكبيرة بضاغط منخفض، ومن ميزاتها بأنه يمكن تغير زاوية ميل ريش المروحة ودرجة انحنائها للتوصل إلى مدى واسع يفي باحتياجات التصرف والضاغط دون تغيير قطر المروحة، كما يمكن استعمال مراحل متعددة للحصول على ضاغط أعلى.

وحدة المضخة يجب أن تكون مغمورة بقدر كافٍ للإقلال من احتمالية حدوث تكهف، كما يجب أن تكون على عمق كافٍ تحت سطح الماء للإقلال من تكون البخار على الريش عند نقطة أقصى سرعة، حيث ينشأ عن ظاهرة تكون فقاعات البخار وانهيارها السريع عدة مرات في الثانية تذبذب في الضاغط المحلي، ينتج عنه حدوث إجهاد للمعدن وتنقر شديد على سطح الريش، وبالتالي انخفاض في الكفاءة. لذا يجب اتباع توصيات المنتج الخاصة بأعماق الغمر ومسافات التباعد بين الوحدات المتجاورة.

تعتبر تكاليف هذا النوع من المضخات منخفضة، وتحدد كل مرحلة للرفع بأقل من 3 أمتار، ولكنه يمكن إضافة مراحل إضافية أخرى لزيادة الضاغط إلى 10 متر أو أكثر، أما بالنسبة للضواغط الأعلى فتستعمل مضخات التدفق المختلط، حيث أنه يمكن بالمرحلة المفردة الرفع لغاية 8 متر على نحو اقتصادي، ويمكن استعمال المراحل المتعددة لرفع المياه لغاية 40 متر.

العناية والصيانة

الصيانة المنتظمة ضرورية للمضخة لكي تؤدي مهمتها بصورة سليمة وبكفاءة عالية، والصيانة تشمل الأعمال الدورية و اليومية مثل التشحيم و التزييت و استبدال الأجزاء المستهلكة في الأوقات المقررة و اتباع إرشادات و تعليمات ـ المنتج لتحقيق هذه الأهداف
المشاكل المتوقع حدوثها في المضخات

عند تعذر تشغيل المضخة أو عند تناقص قدرة المضخة أو التصرف أثناء التشغيل يجب الشروع فوراً في التقصي عن السبب الذي أدى إلى ذلك، والبدء بأخذ الخطوات الكفيلة بالتخلص من هذه المشكلة، ولقد أشارت معظم الدراسات إلى أن أغلب المشاكل في المضخات الطاردة المركزية - ما عدا الفشل الميكانيكي- ينتج عن دخول الهواء في أنابيب السحب من خلال الوصلات والأكواع والصمامات والملحقات الأخرى، و للحصول على أقصى سحب عند تركيب المضخة في موقع معين يجب منع دخول الهواء إلى داخل أنبوب السحب، والقائمة المدرجة أدناه تساعد في تحديد أسباب العطل في المضخات بصورة عامة:

- تعذر تهيئة المضخة: يتعذر أحياناً تهيئة المضخة على الرغم من اتباع الخطوات اللازمة، ويعود السبب في ذلك إلى عدة احتمالات، منها ما يلي:

تسرب الهواء إلى أنبوب السحب أو إلى المضخة، وهذا يرجع إلى:

· تسرب من وصلات أنبوب السحب:
ولتجنب هذه الحالة يجب وضع مادة إسمنتية لاصقة في أماكن الوصلات، مع ربط الأنابيب معاً بشدة.
· وجود بقايا أخشاب داخل صمام الصرف مما يعيق عمل الصمام ويساعد على دخول الهواء في الأنابيب.
· تقلص وتمدد الفواصل أو العوازل يسمح بدخول الهواء في أنبوب السحب، ولحل هذه المشكلة يتم إحكام ربط الفواصل بشدة.
· تسرب الهواء داخل المضخة من خلال عوازل محور الدواران، وهذا يحدث عادة عند تشحيمه بصورة غير سليمة أو عند تآكله، وللتغلب على هذه المشكلة يجب ملء العازل بالشحم، ولكن إذا كانت الأجزاء تالفة فيجب عندئذ القيام بأعمال الإصلاح لهذه الأجزاء.
- وجود خلل في نظام التهيئة نفسه، لذا لا بد أن يكون نظام التهيئة متصل بالمضخة بشكل محكم بحيث يمنع دخول الهواء إلى المضخة.
- صمام الصرف غير محكم، في هذه الحالة يجب ربط جميع السدادات الملحقة بغلاف المضخة (جسم المضخة) والخاصة بالملء والصرف.
- احتمال انسداد مدخل أنبوب السحب بالشوائب أو تلف خرطوم السحب، وهذه المشكلة تعد من المشاكل المتكررة التي تعيق عملية التهيئة.

ب- المضخة لا تحقق الضغط والتصرف اللازمين:

- احتمالية تسرب الهواء داخل أنبوب السحب أو المضخة
- احتمالية حدوث انسداد جزئي لمدخل أنبوب السحب بالشوائب
- قد يكون عمود السحب أكبر مما ينبغي
- ربما تكون سرعة المضخة اقل مما يجب
- تآكل كرسي المضخة الذي يسبب تسرب المياه عكسياً إلى أنبوب السحب
- انسداد الأنابيب أو المرشحات المحيطة بها

ج- المضخة تحتاج إلى قدرة أكبر مما يجب

- زيادة سرعة دوران المضخة عما ينبغ
- قد يكون الضاغط أقل من الحد المقرر بالنسبة للمضخة، لذا يحصل ضخ كميات كبيرة من الماء، وهذا يستهلك قدرة كبيرة
- وجود خلل ميكانيكي في المضخة أو المحرك
-احتمالية تسرب الماء من الخط الرئيسي مما يؤدي إلى انخفاض الضغط وزيادة التصرف

د- حدوث ضجيج في المضخة

- قد يكون هناك ضجيج هيدروليكي عالي بسبب وجود تجويف هوائي في عمود السحب، يمكن التأكد من ذلك بواسطة جهاز خاص لقياس الضجيج.
- التأكد من احتمالية الأعطال الميكانيكية، مثل انحناء عمود الدوران أو ارتخاء في بعض الأجزاء الدوارة أو تلف أو انكسار في كراسي المحور أو عدم انتظام اتجاه المضخة مع اتجاه المحرك.

موضوع: طرق حفر الابار الجمعة يناير 16, 2015 3:15 pm

طرق حفر الابار

عرفت الآبار منذ القدم على أنها المصدر الرئيسي لاستخراج المياه الجوفية من داخل الطبقات. والبئر هو عبارة عن ثقب أنبوبي الشكل يخترق الطبقات الحاملة للماء حيث يتم داخله تجميع المياه ومن ثم جلبها إلى السطح للاستفادة منها. في السابق كانت عملية جلب الماء إلى السطح تتم بواسطة طرق شائعة قديمة مثل الدلاء.
أما في الوقت الحاضر فقد اخترع الإنسان مضخات المياه التي مكنته من رفع كميات كبيرة من الماء من داخل البئر إلى السطح في فترة زمنية قصيرة ومن طبقات عميقة بطريقه سهلة وميسره وهذا ما سبب زيادة استهلاك المياه الجوفية.
يتكون بئر الماء من جزأين رئيسيين كما هو موضح بالشكل التالي:

يتم تبطين الجزء الأول بطريقة لا تسمح بمرور المياه إلى داخل فجوة البئر وفي الوقت الحاضر أصبح البئر يبطن بأنابيب مصمتة تعرف بأنابيب التغليف Casing حيث توضع أنابيب التغليف مقابلة للطبقات الجيولوجية غير المنتجة أو التي لا يرغب المستهلك في استغلالها لسبب أو لأخر.
أما الجزء الأخر من البئر فيحتوي على فتحات تسمح بمرور الماء وتجمعه داخل فجوة البئر والذي أصبح في الوقت الحاضر يبطن بأنابيب معدنية ذات فتحات مقننه ومدروسة جيداً تعرف بالمصافي Screens. ويتم اختيار نوعها وحجم فتحاتها عند تصميم البئر.
وتوضع المصافي مقابلة للطبقات الجيولوجية المنتجة للماء والتي يرغب المستهلك في الاستفادة منها.

حفر آبار المياه الجوفية:

نتيجة للتعامل مع صخور ذات صلابة متفاوتة فقد تم تطوير العديد من طرق حفر آبار المياه الجوفية لتتناسب مع نوع الطبقات التي يتم حفرها وصلابتها وعمق البئر.

فمثلاً نجد أن الطرق المستخدمة في حفر الصخور الصلبه جدا مثل الجرانيت والدلومايت كثيف البنية تختلف عن الطرق المستخدمة في حفر الصخور الهشة المفككة من رواسب مجاري الأنهار الرملية والحصوية. لذالك فقد أصبح اختيار طريقة حفر الآبار يرتبط ارتباطاً وثيقا بمنطقة إنشاء البئر وطبيعة صخورها وأصبحت بعض طرق حفر الآبار أكثر شيوعا ونجاحا في بعض المناطق عنها في مناطق أخرى.
وعلى الرغم من ذلك فمن الضروري أحيانا تحوير عملية الحفر لتتناسب مع عمق البئر وقطرة وطبيعة الخزان الجوفي وأخيرا مع الغرض الرئيسي من أنشاء البئر.

وتتم خلال هذه المرحلة ( مرحلة الحفر ) من مراحل إنشاء البئر عملية الحفر الفعلية التنفيذية له وتتكون هذه المرحلة بدورها من خمس عمليات مختلفة هي:

1. مرحلة الحفر Drilling Stage .
2. مرحلة وضع أنابيب التغليف Casing Installation Stage .
3. مرحلة تركيب المصافي مع وضع حشوة الحصى إذا تطلب أنشاء البئر ذلك Screen Placement Stage.
4. مرحلة تثبيت أنابيب التغليف بواسطة الإسمنت وعزل الأجزاء غير المرغوب في أسغلالها Cementing or Grouting Stage .
5. مرحلة تنمية البئر وتجهيزة للاستخدام النهائي Development Stage .

طرق حفر الآبار:

تمثل طرق حفر الآبار العمليات الفعلية التي يتم خلالها ثقب صخور الخان الجوفي وما يعلوه من صخور طبقية بطرق ميكانيكية مختلفة لذالك فأن هناك طرق مختلفة لحفر الآبار نذكر منها:

1. طريقة الحفر بالآلة السلكية (الدقاق)
2. طريقة الحفر بالدوران الرحوي.
3. طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي.
4. الآبار المدفوعة ( المدقوقة )
5. الآبار المحفورة يدويا.

1. طريقة الحفر بالآلة السلكية (الدقاق(
عرفت طريقة الحفر بالآلة السلكية أو الدقاق من قبل الصينيين الذين استخدموها منذ حوالي أربعة آلاف سنه مضت واستطاعوا بواسطتها الحفر إلى أعماق كبيرة وصلت حوالي 3000 قدم.
وتعتمد هذه الطريقة على إسقاط جسم صلب حاد وارتطامه بالصخور مما يسبب تهشمها وتكسيرها. ويؤدي تكرار عملية الارتطام مرات عديدة إلى اختراق الجسم الصخري الصلب و إحداث ثقب أسطواني داخله. لذا فإن الحفر بهذه الطريقة يتطلب استخدام مطرقة ثقيلة يتم رفعها وإسقاطها على الصخور.
وتنتهي مطرقة الحفر بطرف حاد يعرف برأس الحفار Drilling Bitوهو الذي يؤدي إلى ثقب الصخور في المكان الذي تسقط عليه المطرقة. ويتكون عمود الحفر الكامل لهذه الطريقة من خمسة أجزاء رئيسيه وهي:

. رأس الحفار Drilling Bit:

وهو الجزء الذي ينتهي به عمود الحفر من الطرف السفلي ويقوم بثقب الصخور وتهشيمها عند سقوطه عليها. ينتهي رأس الحفار بنهاية حادة تساعد على ثقب الصخور و اختراقها.

. عمود الحفارة Drilling Stem:

وهو عبارة عن ثقل يضاف إلى رأس الحفارة للمساعدة على تهشيم الصخور. كذلك يساعد عمود الحفار على ضمان استقامة البئر المراد إنشاؤه. فمن المعروف أ، أي ميل مهما كان بسيطا في عملية حفر الصخور واختراقها قد يؤدي إلى نشوء مشاكل كثيرة عند أنزال أنابيب التغليف والمصافي.

. رجاجات الحفارة Drilling Jars:

يتكون هذا الجزء من الرجاجات القابلة للانزلاق والمصنوعة من الحديد الصلب. وتنحصر مهمة هذه الرجاجات ف تخلص عمود الحفارة ورأس الحفارة من فتات الصخور المهشمة المتراكم فوقها وذلك باندفاع الرجاجات إلى الأعلى معطية قوة سحب كبيرة تعمل على تخليص الأجزاء المحتجزة من بين فتات الصخور. وتعتبر هذه العملية هي الوظيفة الرئيسية والوحيدة لهذا الجزء من الحفارة وليس لها أي غرض آخر بجانب ذلك.

. خيط الحفارة (حبل الحفارة (Drill Line ) :

هو عبارة عن حبل ذو سمك يتراوح بين 0.625 و1 بوصة ( 25 – 16 ملليمتر).
يعمل هذه الحبل على حمل كامل أجزاء الحفارة ويعطيها حركه دائرية كلما هوت على الصخور لتكسيرها. يمتد حبل الحفارة إلى أعلى برج الحفر حيث يلتف حول بكرة علوية تعرف بالبكرة التاجية Crown Socket ثم يمتد بعد ذلك إلى الأسفل مارا بعدد من البكرات الوسطية إلى أن ينتهي عند عربة الحفر حيث يلتف حول بكرة التخزين.

. تجويف الحبل Swivel Socket:

يعمل تجويف الحبل على ربط أجزاء الحفارة ببعضها البعض ويعطيها بالإضافة إلى ذلك وزنا أضافيا يساعد رأس الحفاره على تهشيم الصخور عند سقوطه عليها كما أنه يعطي القوه اللازمة للرجاجات لتخليص أجزاء الحفارة المحتجزة من بين فتات الصخور.

وتتلخص عملية الحفر باستخدام طريقة الدقاق في رفع راس الحفارة مع ما يعلوه من أثقال ( عدة الحفر ) وإسقاطها على الصخور لغرض تهشيمها.
تتكرر هذة العملية مرات عديدة وبسرعة كبيرة مع أحداث حركة دورانيه لعدة الحفر في كل مرة ترتفع بها إلى الأعلى.
وبالطبع فإنه عند تهشم الصخور يبقى حطامها داخل ثقب البئر وبذلك يقل معدل اختراق رأس الحفارة للصخور ويصبح من اللازم إزالة هذا الحطام وفي هذه الحالة سوف نحتاج إلى نزح البئر وإخراج فتات الصخور من داخله.
يستخدم في عملية نزح البئر وإخراج فتات الصخور من داخلة دلو كبير الحجم Bailer. ولإتمام عملية النزح هذه يجب أن يكون الفتات الصخري على هيئة خلطة طينية يسهل نزحها.
لذلك فإنه في حالة كون الصخور جافه وخاليه من المياه يجب إضافة الماء إلى فجوة البئر لتكوين الخلطة الطينية.
يتصل الدلو بحبل يعرف بخط الرمل Sand Line وذلك لإنزاله داخل البئر ورفعه عند امتلائه بكسارة الصخور.
ويعتمد سمك خط الرمل على وزن الفتات الصخري المتوقع رفعه من داخل البئر ويمتد إلى بكرة توجد في قمة برج الحفر تعرف ببكرة الرمل.

تستخدم هذه البكره في إنزال ورفع دلو نزح البئر وكذلك في إنزال أنابيب التغليف والمصافي التي يتم تركيبها في أغلب الأحوال عند انتهاء عملية الحفر.

ولقد أثبتت طريقة الحفر بالدقاق على مدى آلاف السنين كفاءتها في العديد من المناطق وتحت ظروف جيولوجية مختلفة.
ففي بعض المناطق وتحت ظروف جيولوجية يمكن اعتبار هذه الطريقة أفضل الطرق أو بالأحرى الطريقة الوحيدة التي يمكن استخدامها في حفر الآبار, خصوصا في المناطق التي تحتوي على مسامية ثانوية عالية على شكل تشققات في الصخور أو كهوف ( أي في المناطق الكاريستية ) حيث من الممكن فقدان دورة الطين عند استخدام طريقة الدوران الرحويه.

مميزات الحفر باستخدام طريقة الحفر بالدقاق :

• التكلفة المناسبة لقيمة برج الحفر ومعداته وبساطة استخدامها.
• يمكن الاعتماد على العينات التي يتم جمعها بواسطة هذه الطريقة وتحديد أعماقها بدقة جيدة.
• يمكن تشغيل الحفارة بواسطة فرد واحد فقط على الرغم من ضرورة وجود شخص آخر ليساعده على تشغيل وإدارة الحفارة.
• بما أن حجم الحفارة غير ضخم (متوسط) فإنه يمكن نقلها إلى بعض المناطق الوعرة التي لا تصلها المعدات المستخدمة في طرق الحفر الأخرى.
• يمكن نزح البئر في أي وقت يريده الحفار وبذلك يمكنه تحديد العطاء النوعي للبئر عند ذلك العمق.
• الطاقة اللازمة لتشغيل الحفارة منخفضة جدا مقارنة بالطرق الأخرى.

عيوب الحفر استخدام طريقة الحفر بالدقاق:

• انخفاض معدل اختراق الحفارة للطبقات الصخرية مما يتطلب وقتا زمنيا أطول للحفر.
• ارتفاع تكاليف أنابيب التغليف حيث يتطلب الحفر بهذه الطريقة استخدام أنابيب ذات أقطار كبيرة وجدار سميك.

. طريقة الحفر بالدوران الرحوي:

عندما أصبح لزاما البحث عن مصادر جديدة للماء قد تقع على أعماق كبيرة من سطح الأرض تم تطوير طريقة الدوران الرحوي المباشر لزيادة معدل اختراق الحفارة للطبقات الجيولوجية ولزيادة أعماق الآبار لتصل إلى خزانات جوفية واقعه على أعماق كبيرة لم يستطع الإنسان الوصول إليها قبل تطوير هذه الطريقة. تتلخص طريقة الدوران الرحوي المباشر في أن رأس الحفارة عبارة عن بريمة تدور دورانا رحويا يؤدي إلى سحق المادة الصخرية التي يخترقها. وتتم إزالة نواتج سحق الصخور باستخدام دوره مستمرة من سائل طيني خاص يستخدم لهذه الطريقة يعرف بسائل الحفر . يضخ سائل الحفر عبر أنبوب الحفر إلى داخل البئر حيث يخرج من خلال فتحات في رأس الحفارة ليأخذ طريقة عبر الفجوة الموجودة بين أنبوب الحفر وجدار البئر حتى يصل إلى السطح. يوجه هذا السائل على السطح إلى حفرة خاصة تعرف بحفرة الترسيب Settling Pit ويترك في هذه الحفرة حتى يتم ترسيب ما يحمله من فتات الصخور الناتجة عن عملية الحفر ثم يتم نقلة إلى حفرة أخرى ليكون جاهزا للضخ مرة ثانية إلى داخل البئر. يتكون عمود الحفر في هذه من أربعة أجزاء رئيسية وهي:

1. رأس الحفارة Drilling Bit:

وهو الجزء من الحفارة الذي يستخدم في سحق الصخور واختراقها بطريقة الدوران الرحوية. تتميز هذه الطريقة بوجود نوعين رئيسين من رؤوس الحفارات وهي :

• رأس الحفار الخطافي Drag Bit:

وهو مصنوع من مادة معدنية صلبه يمكنها سحق الرواسب الرملية والطينية الهشة.

• رأس الحفار الصخري Rock Bit:

وهو مصنوع من مادة الفولاذ المقواة بمادة التنجستين التي يمكنها من سحق واختراق الصخور الصلبه والرواسب الحصوية.

. طوق الحفارة Drilling Bit:

وهو الجزء السفلي من أنبوب الحفر الذي يتصل به رأس الحفارة. ويتكون طوق الحفرة من أنبوب أو أكثر ذات جدران سميكة لتعطي وزنا إضافيا لرأس الحفارة وتعمل على ضمان استقامة الحفر, كما يزود طوق الحفارة بمثبتات Stabilizers خاصة لزيادة فعالية الحفارة في الحفر الرأسي المستقيم دون التعرض لمشاكل ميل الحفر.

. أنبوب الحفر Drill Pipe:

عبارة عن مجموعة من الأنابيب التي غالبا ما يكون طول الواحد منها 20 قدما ( 6.1 متر ) وقد توجد بأطوال أخرى مختلفة , وقطرها بين 6 – 2.375 بوصات ( 120 – 60 ملم ) . الغرض الأساسي من استخدام هذه الأنابيب هو أمرار سائل الحفر من السطح حتى يصل إلى رأس الحفارة.

. الكيلي The Kelly:

يوجد الكيلي في أعلى عمود الحفر وهو عبارة عن أنبوب جدرانه ذات سمك كبير وشكل مختلف عن الأنابيب العادية، قد يكون الكيلي دائري أو سداسي أو مربع الشكل. يتصل الكيلي عند إحدى نهايتيه مع أنبوب الحفر وعند نهايته الأخرى مع الصحن الرحوي الدوار Drill Table حيث يمر خلال الصحن فيتقل الحركة الدورانية الهيدروليكية من الصحن الدوار إلى رأس الحفار من خلال تحريك عمود الحفر.

لقد صممت أجزاء عمود الحفر في طريقة الدوران الرحوي المباشر لتؤدي دورين رئيسين:

• الدور الأول: هو ضمان دورة مستمرة من سائل الحفر طوال عملية الحفر منذ بدئها حتى انتهائها.
• الدور الثاني: فهو تحريك رأس الحفارة وضمان اختراقه للطبقات الجيولوجية المتعاقبة.

مميزات الحفر بطريقة الدوران الرحوي المباشر:

• معدل اختراق رأس الحفارة للطبقات الجيولوجية يعتبر عاليا بالمقارنة مع الطرق الأخرى.
• لا تتطلب هذه العملية تركيب أنابيب التغليف خلال عملية الحفر.
• سهولة إنزال المصافي التي تعتبر جزء من عملية تركيب أنابيب التغليف.
• يمكن نقل وتركيب معدات الحفر بهذه الطريقة بسرعة أكبر من الطرق الأخرى.

عيوب الحفر بطريقة الدوران الرحوي المباشر:

• التكلفة العالية لمعدات الحفر بهذه الطريقة.
• تتطلب معدات الحفر صيانة دقيقه ذات تكلفة اقتصاديه عالية.
• يتطلب جمع عينات الصخور المحفورة وتحديد أعماق هذه العينات إلى عمليات حسابية دقيقة.
• يتطلب تشغيل الحفارة إلى فريق من الحفارين لا يقل عددهم عن شخصين.
• إمكانية انقطاع دورة الطين في المناطق التي تحتوي صخورها على مسامية ثانوية عالية.
• يجب أن تتوفر لدى الحفار الذي يستخدم هذه المعدات خبره ومعلومات علميه جيده عن تحديد الخواص الفيزيائية لسائل الحفر.

. طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي:

نتيجة للطاقة المحدودة للمضخات في إزالة نواتج حفر الآبار بطرقة الدوران الرحوي المباشر فإن معظم الآبار المحفورة بالطريقة السابقة لا يزيد قطرها عن 24 بوصه.
إضافة إلى ذلك فقد لوحظ أن معدل اختراق الحفارة للطبقات الجيولوجية خلال عملية الحفر بطريقة الدوران الرحوي المباشر تصبح غير مرضية عندما يزداد قطر البئر عن 24 بوصة. وللتغلب على هذه المشاكل فإنه عند الاحتياج لحفر آبار ذات أقطار كبيرة يمكن استخدام طريقة الدوران الرحوي العكسية.
لا تختلف هذه الطريقة عن سابقتها كثيرا فتصميم معدات الحفر للطريقتين واحد تقريبا ولكن معدات الحفر بطريقة الدوران الرحوي العكسية أكبر حجما.

وهناك اختلاف رئيسي آخر يتعلق بدورة سائل الحفر, لأن سائل الحفر يترك لينساب إلى داخل البئر عبر الفجوة بين جدار البئر وأنبوب الحفر تحت تأثير الجاذبية ثم يمر السائل بعد ذلك عبر فتحات موجودة في رأس الحفارة إلى داخل أنبوب الحفر حيث يضخ إلى السطح, وبذلك تصبح دورة سائل الحفر عكس الطريقة السابقة وهذا هو سبب التسمية لهذه الطريقة.

مميزات طريقة الحفر بالدوران الرحوي العكسي:

• عدم تأثر مسامية ونفاذية الخزان الجوفي في المنطقة المنطقة المحيطة بجدار البئر على عكس ما يحدث عند استخدام طريقة الدوران الرحوي المباشر.
• يمكن حفر آبار ذات أقطار كبيرة وبتكلفة اقتصادية مناسبة.
• يمكن الحفر خلال جميع الطبقات الرسوبية ماعدا تلك التي تحتوي على نسبه من الزلط.
• سهولة تركيب أنابيب التغليف والمصافي.

عيوب طريقة الحفربالدوران الرحوي العكسي:

• الاحتياج إلى كميات وفيرة من الماء خلال عملية الحفر.
• بما أن حجم معدات الحفر كبيرة جدا فإنها ذات تكلفه اقتصاديه عالية.
• الاحتياج إلى مساحات واسعه ومحفورة لاستيعاب سائل الحفر.
• صعوبة نقل معدات الحفر إلى بعض المناطق نتيجة لضخامة حجمها.
• الاحتياج إلى فريق عمل يتكون من عدة أشخاص لإدارة وتشغيل معدات الحفر.

. الآبار المدفوعة ( المدقوقة (

الآبار المدفوعة أو المدقوقة Driven Wells هي عبارة عن آبار ضحلة يتراوح عمقها بين 10 و20 مترا, وتتراوح أقطار هذه الآبار بين 1.5 و4.0 بوصات. يتم عادة إنشاؤها في المتكونات الرسوبية الهشة ذات الحبيبات الدقيقة والتي لم يتماسك الفتات الصخري المكون لها. يتكون البئر المدفوع من أنبوب أو عدة أنابيب ذات نهاية سفلية مدببه تعرف بسن البئر Well Point وتستخدم لتسهل عملية دفع الأنابيب إلى داخل التربة إما بواسطة اليد أو باستخدام مطرقة حديدية ثقيلة. تشتمل الأنابيب التي يتكون منها البئر على جزء مثقب يمثل المصافي التي تمر خلالها المياه إلى داخل البئر. يتم حفر هذا النوع من الآبار في المتكونات الجيولوجية السطحية الضحلة التي لا يتجاوز عمق مستوى سطح الماء فيها عدة أمتار.

. الآبار المحفورة يدويا:

عرفت الآبار المحفورة يدويا منذ العصور القديمة إذ يتجاوز تاريخها عدة آلاف من السنين ومن الممكن أن تكون قد عرفت منذ وجود الإنسان على وجه الكره الأرضية. تتراوح أعماق الآبار المحفورة بين 10أمتار وأكثر قليلا من 30 مترا اعتمادا على عمق مستوى سطح الماء في الطبقة غير المحصورة , أما بالنسبة لأقطارها فهي تتراوح بين المتر الواحد والعشرة أمتار . يعتبر المعول و المجرفة هما الأداتان الرئيسيتان المستخدمان في حفر هذه الآبار. ولضمان سلامة البئر ومنع جدرانه من الانهيار فإنه عادة ما يبطن ببطانة دائمة من عصي الأخشاب أو الآجر أو الصخور أو من الأسمنت المسلح أو من أنابيب تغليف خاصة بهذه الآبار.
وفي أغلب الأحوال يكون الجزء السفلي من هذه البطانة مثقب بحيث يسمح للماء بالمرور من الخزان الجوفي إلى داخل البئر والآبار المحفورة هي عبارة عن فتحه غير منتظمة تمتد من سطح الأرض حتى تصل إلى مستوى سطح الماء في الخزان الجوفي وعندئذ تمتد عدة أمتار تحت هذا المستوى.
ونظرا للأقطار الكبيرة التي تتميز بها الآبار المحفورة فإنها يمكن أن تختزن كميات كبيرة من الماء داخل فتحة البئر.

. طريقة الحفر بالآلة السلكية (الدقاق(

عرفت طريقة الحفر بالآلة السلكية أو الدقاق من قبل الصينيين الذين استخدموها منذ حوالي أربعة آلاف سنه مضت واستطاعوا بواسطتها الحفر إلى أعماق كبيرة وصلت حوالي 3000 قدم. وتعتمد هذه الطريقة على إسقاط جسم صلب حاد وارتطامه بالصخور مما يسبب تهشمها وتكسيرها.

ويؤدي تكرار عملية الارتطام مرات عديدة إلى اختراق الجسم الصخري الصلب و إحداث ثقب أسطواني داخله. لذا فإن الحفر بهذه الطريقة يتطلب استخدام مطرقة ثقيلة يتم رفعها وإسقاطها على الصخور. وتنتهي مطرقة الحفر بطرف حاد يعرف برأس الحفار Drilling Bitوهو الذي يؤدي إلى ثقب الصخور في المكان الذي تسقط عليه المطرقة. ويتكون عمود الحفر الكامل لهذه الطريقة من خمسة أجزاء رئيسيه وهي:
. رأس الحفر Drilling Bit:

وهو الجزء الذي ينتهي به عمود الحفر من الطرف السفلي ويقوم بثقب الصخور وتهشيمها عند سقوطه عليها. ينتهي رأس الحفار بنهاية حادة تساعد على ثقب الصخور و اختراقها.

. عمود الحفارة Drilling Stem:

وهو عبارة عن ثقل يضاف إلى رأس الحفارة للمساعدة على تهشيم الصخور. كذلك يساعد عمود الحفار على ضمان استقامة البئر المراد إنشاؤه. فمن المعروف أ، أي ميل مهما كان بسيطا في عملية حفر الصخور واختراقها قد يؤدي إلى نشوء مشاكل كثيرة عند أنزال أنابيب التغليف والمصافي.

. رجاجات الحفارة Drilling Jars:

يتكون هذا الجزء من الرجاجات القابلة للانزلاق والمصنوعة من الحديد الصلب. وتنحصر مهمة هذه الرجاجات ف تخلص عمود الحفارة ورأس الحفارة من فتات الصخور المهشمة المتراكم فوقها وذلك باندفاع الرجاجات إلى الأعلى معطية قوة سحب كبيرة تعمل على تخليص الأجزاء المحتجزة من بين فتات الصخور. وتعتبر هذه العملية هي الوظيفة الرئيسية والوحيدة لهذا الجزء من الحفارة وليس لها أي غرض آخر بجانب ذلك.

. خيط الحفارة (حبل الحفارة (Drill Line ) :

هو عبارة عن حبل ذو سمك يتراوح بين 0.625 و1 بوصة ( 25 – 16 ملليمتر ).
يعمل هذه الحبل على حمل كامل أجزاء الحفارة ويعطيها حركه دائرية كلما هوت على الصخور لتكسيرها. يمتد حبل الحفارة إلى أعلى برج الحفر حيث يلتف حول بكرة علوية تعرف بالبكرة التاجية Crown Socket ثم يمتد بعد ذلك إلى الأسفل مارا بعدد من البكرات الوسطية إلى أن ينتهي عند عربة الحفر حيث يلتف حول بكرة التخزين.

. تجويف الحبل Swivel Socket:

يعمل تجويف الحبل على ربط أجزاء الحفارة ببعضها البعض ويعطيها بالإضافة إلى ذلك وزنا أضافيا يساعد رأس الحفاره على تهشيم الصخور عند سقوطه عليها كما أنه يعطي القوه اللازمة للرجاجات لتخليص أجزاء الحفارة المحتجزة من بين فتات الصخور.

وتتلخص عملية الحفر باستخدام طريقة الدقاق في رفع راس الحفارة مع ما يعلوه من أثقال ( عدة الحفر ) وإسقاطها على الصخور لغرض تهشيمها. تتكرر هذة العملية مرات عديدة وبسرعة كبيرة مع أحداث حركة دورانيه لعدة الحفر في كل مرة ترتفع بها إلى الأعلى. وبالطبع فإنه عند تهشم الصخور يبقى حطامها داخل ثقب البئر وبذلك يقل معدل اختراق رأس الحفارة للصخور ويصبح من اللازم إزالة هذا الحطام وفي هذه الحالة سوف نحتاج إلى نزح البئر وإخراج فتات الصخور من داخله.
يستخدم في عملية نزح البئر وإخراج فتات الصخور من داخلة دلو كبير الحجم Bailer. ولإتمام عملية النزح هذه يجب أن يكون الفتات الصخري على هيئة خلطة طينية يسهل نزحها. لذلك فإنه في حالة كون الصخور جافه وخاليه من المياه يجب إضافة الماء إلى فجوة البئر لتكوين الخلطة الطينية.
يتصل الدلو بحبل يعرف بخط الرمل Sand Line وذلك لإنزاله داخل البئر ورفعه عند امتلائه بكسارة الصخور. ويعتمد سمك خط الرمل على وزن الفتات الصخري المتوقع رفعه من داخل البئر ويمتد إلى بكرة توجد في قمة برج الحفر تعرف ببكرة الرمل.

تستخدم هذه البكره في إنزال ورفع دلو نزح البئر وكذلك في إنزال أنابيب التغليف والمصافي التي يتم تركيبها في أغلب الأحوال عند انتهاء عملية الحفر.

ولقد أثبتت طريقة الحفر بالدقاق على مدى آلاف السنين كفاءتها في العديد من المناطق وتحت ظروف جيولوجية مختلفة.
ففي بعض المناطق وتحت ظروف جيولوجية يمكن اعتبار هذه الطريقة أفضل الطرق أو بالأحرى الطريقة الوحيدة التي يمكن استخدامها في حفر الآبار, خصوصا في المناطق التي تحتوي على مسامية ثانوية عالية على شكل تشققات في الصخور أو كهوف ( أي في المناطق الكاريستية ) حيث من الممكن فقدان دورة الطين عند استخدام طريقة الدوران الرحويه.

مميزات الحفر باستخدام طريقة الحفر بالدقاق :

* التكلفة المناسبة لقيمة برج الحفر ومعداته وبساطة استخدامها.

* يمكن الاعتماد على العينات التي يتم جمعها بواسطة هذه الطريقة وتحديد أعماقها بدقة جيدة.

* يمكن تشغيل الحفارة بواسطة فرد واحد فقط على الرغم من ضرورة وجود شخص آخر ليساعده على تشغيل وإدارة الحفارة.

* بما أن حجم الحفارة غير ضخم (متوسط) فإنه يمكن نقلها إلى بعض المناطق الوعرة التي لا تصلها المعدات المستخدمة في طرق الحفر الأخرى.

* يمكن نزح البئر في أي وقت يريده الحفار وبذلك يمكنه تحديد العطاء النوعي للبئر عند ذلك العمق.

* الطاقة اللازمة لتشغيل الحفارة منخفضة جدا مقارنة بالطرق الأخرى.

عيوب الحفر استخدام طريقة الحفر بالدقاق:

* انخفاض معدل اختراق الحفارة للطبقات الصخرية مما يتطلب وقتا زمنيا أطول للحفر.

* ارتفاع تكاليف أنابيب التغليف حيث يتطلب الحفر بهذه الطريقة استخدام أنابيب ذات أقطار كبيرة وجدار سميك

التصميم المثالي للآبار

يهدف التصميم المثالي للآبار إلي تحقيق التوازن بين عنصرين أساسيين وهما الكفاءة الإنتاجية العالية لأطول فترة زمنية ممكنة من ناحية والتكاليف المعقولة من ناحية أخرى ويستلزم ذلك من الناحية العملية استيفاء شرطين رئيسيين وهما:

التحديد الصحيح لأبعاد البئر (العمق والقطر)
التدقيق في اختيار المواد الداخلة في الإنشاء.

و لا يتحقق ذلك إلا من خلال دراسة وافية لموقع حفر البئر من النواحي الطبوغرافية والجيولوجية والهيدروجيولوجية.

1 طبوغرافية الموقع
2 الدراسات الجيولوجية للموقع
3 الدراسات الهيدروجيولوجية للموقع
4 رصد بئر

طبوغرافية الموقع
إن الدراسة الجيولوجية والهيدروجيولوجية للموقع تستلزم معرفة إحداثياته وارتفاعه عن مستوي سطح البحر والتي يمكن تحديدها مساحياً بشكل دقيق عن طريق الخرائط الطبوغرافية أو عن طريق الأجهزة التكنولوجية الحديثة مثل جهازتحديد الموقع العالمي (Global Positioning System) أو جي بي أس (GPS).

الدراسات الجيولوجية للموقع

ينبغي دراسة الموقع من الناحية الجيولوجية والتي يجب أن تتضمن التالي:
دراسة تتابع الطبقات (Stratigraphy) لمعرفة التكوينات الجيولوجية التي سيخترقها الحفر.
دراسة الخرائط التركيبية (Structure Maps) المتاحة للطبقات المختلفة لمعرفة أعماقها وسماكتها.
دراسة الخصائص الصخرية (Lithology) للتتابع الطبقي بصفة عامة والطبة الحاملة للمياه علي وجه الخصوص.

الدراسات الهيدروجيولوجية للموقع

يجب توافر الدراسات عن الخصائص الهيدروجيولوجية للطبقات للتعرف علي ما يلي:
الطبقات الحاملة للمياه (Aquifers)و الطبقات العازلة ِ(Aquicludes).
الخصائص البيزومترية للطبقات الحاملة للمياه وكذلك المعاملات الهيدروليكية لهذه الطبقات.
نوعية المياه في الطبقات الحاملة وخصائصها ومكوناتها الكيميائية.

رصد بئر

رصد أشعة جاما
رصد الجهد الذاتي
رصد المقاومة النوعية
رصد الكثافة
الرصد الصوتي
رصد قطر البئر
سجل العينات الطينية
/الرصد أثناء الحفر
NMR Logging

رصد بئر، والمعروف أيضاً باسم سجل الحفر.
هو ممارسة لرصد وتسجيل مُفصل للتكوينات الجيولوجية. هو اختراق للبئر.
ويمكن أن يستند إما على سجل للفحص البصري لعينات التي تُجلب إلى السطح (سجلات جيولوجية) أو على القياسات الفيزيائية التي تدلي بها أجهزة الرصد التي تنزل في حفرة البئر (السجلات الجيوفيزيائية).
يمكن أيضاً أن يتم التسجيل خلال أي مرحلة من مراحل تاريخ البئر؛ أثناء مدة الحفر، بعد استكمال الحفر، الإنتاج أوالتوقف. يتم تنفيذ تسجيل الآبار المحفورة بشكل جيد في شركات النفط والغاز، المياه الجوفية والمعادن واستكشاف الطاقة الحرارية الأرضية، وكذلك كجزء من الدراسات البيئية والجيوتقنية.
- عملية المسح الجيوفيزيقي
- الأرصاد الكهربائية
- أرصاد المقاومة النوعية
- رصد الجهد الذاتي
- الأرصاد الإشعاعية
- أرصاد أشعة جاما
- أرصاد النيوترون
- رصد الكثافة الكلية
- الأرصاد الصوتية
- أنواع أخرى من الرصد
عملية المسح الجيوفيزيقي(Geophysical Logging)

رصد خطي وسلكي يوضح مجموعة متكاملة من الأرصاد

من المفيد اجراء مسح جيوفيزيقي للآبار خاصة في المواقع التي لا تتوفر فيها معلومات سابقة حيث انه بالإضافة إلى كونها أداة يمكن الإعتماد عليها في تحديد الطبقات. فإنها وبطريقة غير مباشرة توضح كثيراً من الخصائص الهيدروجيولوجية للطبقات الحاملة للمياه، خصائص الصخور والطبقات الجيولوجية وخزانات الغاز والبترول.

الأرصاد الكهربائية(Electrical Logs)

وهي أكثر الأرصاد شيوعاً وتتكون عادة من سجل للمقاومة النوعية الظاهرية للتكوينات والجهد الذاتي الذي يتولد في لآبار. ولكلا الخاصتين علاقة غير مباشرة بطبيعة التكوينات ونوعية المياه التي تحويها ويمكن قياسها فقط في ثقوب الحفر غير المغلفة وبحيث تكون هذه الثقوب ممتلئة بسائل الحفر.
أي على اتصال مباشر بالطبقات وفي وجود موصل كهربي (سائل الحفر).

أرصاد المقاومة النوعية(Resistivity Logs)

بالنسبة لرصد المقاومة النوعية، فإن الطبقات الرملية والطينية تظهر مقاومات عالية جداً إذا كانت جافة ولكن عند تشبع إحداها بالمياه سوف تؤدي إلى تقليل المقومة بدرجة مختلفة لكل مادة.
وذلك لأن المياه موصلة للكهرباء ووجودها في الفتحات البينية للمادة الصخرية يجعلها وسط موصل للكهرباء وبذلك تقل مقاومة الطبقة.

وتعتمد الدرجة التي تقل إليها المقاومة على نوعية المياه أي على مجموع الأملاح الصلبة المذابة فيها فكلما زادت الأملاح زادت درجة التوصيل الكهربائي وبالتالي تقل المقاومة.

ومياه التشبع الموجودة في الطبقات الطينية تكون في العادة مالحةلأنها تذيب المعادن من السطوح النشطة كيماوياً لملايين الجزيئات الطينية المكونة للطبقة. ونتيجة لذلك فإن الطبقات الطينية تظهر مقاومة منخفضة.

والطبقات الرملية المشبعة بالمياه العذبة تظهر مقاومة عالية ولكن إذا كانت المياه مالحة فإنها تظهر مقاومة منخفضة مثل الطبقات الطينية ونتيجة لذلك فإنه من الصعب بل ويكاد يكون مستحيلاً التفريق بين الطبقات الرملية التي تحوي مياه مالحة وبين الطبقات الطينية بإستخدام رصد المقومة النوعية فقط.

رصد الجهد الذاتي(Spontaneous Potential)

يُعتبر هذا هو الجزء المكمل للأرصاد الكهربائية وهوالجهد الذاتي. يقوم بقياس الإختلاف في الجهد بين قطبين احدهما على السطح والأخر يمر في سائل الحفرالموجود في ثقب الحفر.

وينشأ الجهد عن تيارات كهروكيميائية عند نقاط اتصال سائل الحفر بمياه الطبقات المنفذة وعبر الطبقات الطينية التي تعلو وتسفل تلك الطبقات المنفذة. ويتكون رصد الجهد الذاتي عادة من خط أساسي مستقيم إلى حد ما ويتضمن بعض النتوءات أو القمم إلى جهة اليسار.
ويمثل خط الأساس في معظم الأحيان الطبقات الطينية، أما القمم فتكون مقابل الطبقات المنفذة. وتختلف شدة القمم بإختلاف التكوينات الجيولوجية، ولكن لا توجد علاقة بين شدتها وقيم المسامية أو التوصيل المائي لتلك التكوينات.

وفي ثقوب الحفر المتوسطة العمق التي تخترق طبقات تحتوي على مياه عذبة، فإن منحنى الجهد الذاتي يكون في بعض الأحيان بلا ملامح نسبياً ويقدم القليل من المعلومات المفيدة.

وتجدر الإشارة إلى أن أجهزة رصد المقاومة النوعية قد تطورت كثيراً واصبحت لها تطبيقات أكثر دقة.

ومن أمثلة هذه التطورات؛ الرصد الدقيق (MicroLog) والرصد التأثيري (Induction Log) والرصد الجانبي (Laterolog)

الأرصاد الإشعاعية

تعتمد فكرتها على الإستفادة من الإشعاعات الطبيعية للتكوينات الجيولوجية في التعرف على خصائص تلك التكوينات وتتضمن تلك الأرصاد ما يلي؛

أرصاد أشعة جاما Gamma Ray Log)

يتم رصد أشعة جاما بقياس الإشعاع الطبيعي لهذه الأشعة والتي تنبعث من بعض المواد المشعة الموجودة بكميات مختلفة في الطبقات وفي أغلب الحالات فإن الطبقات الطينية تحتوي على كميات من المواد المشعة أكبر بكثير مما تحويه الأحجار الجيرية أو الرملية ولذلك فإن رصد أشعة جاما يستعمل أساساً في تحديد الطبقات الطينية وتمتاز أشعة جاما بأنها لا تتأثر كثيراً بالتغيرات في نوعية المياه ولذلك فإنه يُمكن الإعتماد عليها في تحديد الطبقات الطينية وخاصة عندما تفشل الأرصاد الكهربائية في ذلك.

أرصاد النيوترون(Neutron Log)

هو الجزء المكمل لهذه الأرصاد وهو رصد النيوترون فيتم تسجيله بانزال مصدر اشعاعي في البئر يقوم بقذف بعض النيترونات المنشطة إلى داخل التكوينات الجيولوجية وتتم مراقبة تلك النيترونات على السطح.

فإذا كانت الطبقات جافة فإنها سوف تبين الحد الأقصى للشدة على رصد النيوترون بينما تسجل الطبقات الطينية الحد الأدنى من الشدة والطبقات المنفذة الحاملة للمياه تظهر شدة متوسطة وكلما زاد محتوى الهيدروجين كلما قلت استجابة الطبقة على رصد النيوترون حتى تصل إلى الحد الأدنى للشدة وفي هذه الحالة فإنه يمكن الخلط بين الطبقات المشبعة جداً بالماء وبين الطبقات الطينية والتفريق بينهما في هذه الحالة يتم باستعمال رصد أشعة جاما.

ومن رصد النيوترون فإنه يمكن تقدير مسامية الطبقات الحاملة للمياه وبشكل عام فإن استجابة رصد النيوترون تتناقض بطريقة لوغاريتمية كلما زادت المسامية وتنطبق هذه النظرية بشكل خاص على الخزانات المائية التي تتكون من الأحجار الجيرية ولا تحتوي على أية طبقات طينية وعادة يتم اجراء أرصاد أشعة جاما والنيوترون معاً. وتمتاز تلك الأرصاد بإمكان تسجيها في الأجزاء المغلفة من الآبار.

رصد الكثافة الكلية(Bulk Density Log)

يستخدم هذا النوع من الرصد لقياس مسامية الصخور لأن الأنواع المختلفة من الصخور تكون لها غالباً نفس كثافة الحبيبات ولكن الكثافة الكلية تختلف من صخر إلى آخر ومن نقطة إلى أخرى داخل التكوين نفسه.

وترجع هذه الإختلافات إلى المسامية ويعتبر هذا الرصد مكملاً لرصد النيوترون في تلك المسألة وخاصةً عند تزايد المسامية عن 15% حيث يصبح رصد النيوترون أقل دقة.

وفي هذه الحالة يمكن الحصول على نتائج مرضية من رصد الكثافة الكلية. وبالرغم من أن رصد الكثافة الكلية قد يظهر في بعض الحالات التغيرات الليثولوجية خلف أنابيب التغليف إلا أنه يكون مفيداً بشكل أساسي فقط في الآبار غير المغلفة.

الأرصاد الصوتية(Sonic Logs)
تعتمد فكرة هذه الأرصاد على ارسال واستقبال موجات صوتية ومن أهم أنواعها رصد الرابطة الأسمنتية (Cement Bond) ورصد أماكن جلب أنابيب التغليف (Casing Collar Locator) .

تلوث المياه الجوفية

تتعرض المياه الجوفية في كثير من مناطق تواجدها للعديد من أساليب وأنواع التلوث، والتي ترتبط أساساً بنوعية استخدامات الأراضي وأساليب صرف المخلفات، وتعتمد قابلية المياه الجوفية للتلوث على عدة عوامل أهمها:

تقل قابلية المياه الجوفية للتلوث في حالة وجود طبقة طينية سطحية تعلو الخزان الجوفي، ووجود المياه به تحت ضغط هيدروليكي كما هو الحال بمناطق السهل الفيضي بحوض النيل ووسط وشمال الصحراء الغربية والشرقية.

تزداد قابلية المياه الجوفية للتلوث في حال الخزانات الحرة المتميزة بقرب مستوى المياه من سطح الأرض كما هو الحال بمناطق الحواف الصحراوية بعكس ما يحدث في حالة وجودها على عمق كبير حيث يعمل الجزء الغير مشبغ بالمياه على الإقلال من تركيز وقدرة الملوثات.

تزداد قابلية المياه الجوفية للتلوث في حالة وجودها بمكونات رملية حصوية منتظمة الحبيبات (ذات نفاذية عالية) أو بالصخور المتشققة.

أما الأنشطة السطحية المتعددة والمسببة لتلوث المياه الجوفية تتلخص فيما يلي:

الأنشطة الزراعية:

وما يصاحبها من إضافة أسمدة ومبيدات وغسيل التربة والتبخر ويؤدي ذلك إلى ظهور عدة أنواع من الملوثات أهمها النيتروجين والمبيدات والأملاح الذائبة، ويعتبر التلوث الزراعي موزعاً على سطح الأراضي الزراعية.

الأنشطة الآدمية

وينتج عنها تلوث عضوي نتيجة لما يتسرب إلى باطن الأرض من شبكات الصرف الصحي أو من خزانات التجميع الأرضية (البيارات) كما هو الحال في كثير من القرى وما تحتويه هذه المخلفات من نسب متفاوتة من مركبات النيتروجين (أمونيا أو نيتروجين عضوي)

الأنشطة الصناعية

وهي أخطر مصادر التلوث تختلف باختلاف نوع الصناعة وطريقة التخلص من الناتج عنها، وبوجه عام فإن معظم المصانع لا تتخلص من مخلفاتها في باطن الأرض مما يقلل من خطورتها على المياه الجوفية، إلا أن صرفها في مياه النيل أو في المصارف يتسبب بطريقة غير مباشرة في تلوث المياه الجوفية بالدلتا ووادي النيل بتسرب العناصر الثقيلة (الرصاص، الزنك، الكروم، وخلافه) مع المياه المتسربة من النيل والمصارف والترع إلى الخزان الجوفي.

السحب الجائر من المياه الجوفية:

ويؤدي ذلك إلى تلوث المياه الجوفية بارتفاع ملوحتها وبصفة خاصة في المناطق القريبة من ساحل البحر (شمال الدلتا والسواحل الشمالية) أو بالسحب بالقرب من المكونات الجيولوجية الحاملة لمياه عالية الملوحة مثل الصخور الجيرية، أو في حالات السحب من المياه الجوفية العذبة والقابعة فوق مياه مالحة تحتها كما هو الحال بالخزانات الجوفية بوسط وشمال الدلتا وحوافها الصحراوية وشمال الصحراء الغربية والخزانات الجوفية الساحلية.

عوامل خارجية اخرى

بصفة عامة تعتبر المياه الجوفية نقية وخالية من التلوث والبكتيريا الضارة ولكنها قد تتعرض للتلوث نتيجة بعض العوامل الخارجية مثل:
وجود عيوب في تصاميم آبار المياه وعدم الاهتمام بعزل الآبار المهجورة.

استعمال طرق غير صحيحة للتخلص من القاذورات والمياه المبتذلة المكونة للفضلات والنواتج الصناعية والزراعية والحيوانية.
وجود الآبار بالقرب من البالوعات والمجاري الصحية
وجود الآبار في مجاري السيول والفيضانات.

و تتعرض الطبقات السطحية الحاملة للمياه للتلوث بدرجة كبيرة وكلما كان مستوى الماء في تلك الطبقات قريب من سطح الأرض كلما إزدادت قابليتها للتلوث. وقد تنتقل البكتيريا إلي طبقات أعمق خاصة إذا كانت المواد الصخرية المكونة لتلك الطبقات عالية المسامية والنفاذية. ولحماية آبار المياه فإنه ينبغي أن تحدد مواقعها بعيداً عن مصادر التلوث ويراعي عند تصميمها وانشائها الحماية الصحية اللازمة.

تداخل مياه البحر

ظاهرة تداخل المياه المالحة من الظواهر المألوفة في المناطق الساحلية وتحدث عند تواجد صخور ذات نفاذية عالية مع وجود انحدار مائي نحو اليابسة ويمكن وقف تداخل وطغيان مياه البحر المالحة وحماية المياه الجوفية من التلوث بالحفاظ على منسة ب المياه الجوفية في مستوى فوق مستوى سطح البحر وذلك عن طريق حفر البئر إلي عمق مناسب والتحكم في كمية المياه المسحوبة من الآبار.

تلوث المياه الجوفية والاساليب الجيوفيزيائية

المياه الجوفية من اهم مصادر المياه التي يستخدمها الانسان حتى بالنسبة للدول التي توجد فيها انهار كبيرة ،فالمياه الجوفية هي تلك المياه التي تشبع طبقة تحت التربة وتملأ المسام أو الشقوق في الصخور التي تحتها وتشكل حلقه رئيسية في الدورة المائية المتمثلة بالحركة الدائبة للمياه بين الأرض والغلاف الجوي من خلال التبخر والامطار المنهمرة وما إن تهطل المياه على سطح الارض حتى تصبح الطبقة العليا من التربة مشبعة ومن ثم تصل الى مستوى المياه الجوفية وهي قمة الطبقة المشبعة (المنطقة التي تكون فيها جميع الفراغات البينية في الصخر والتربة ممتلئة بالمياه) وتسمى المياه في المنطقة المشبعة بالمياه الجوفية .

تخزن المياه الجوفية في تكوينات جيولوجية عديدة ويطلق على المنطقة التي تخزن المياه الجوفية وتوفر المياه بكميات كافية لإمداد الآبار والينابيع بالخزان الجوفي، ويحفظ الخزان الجوفي المياه في الفراغات الكائنة بين حبيبات الرمل والزلط والتربة وفي الشقوق والمسام والقنوات الموجودة في الصخور الصلبة نسبياً،

هنالك نوعان:

الخزانات الجوفية تسمى الخزانات المحدودة (المحصورة ) وغير المحدودة،

فإذا كان الخزان الجوفي محصوراً بين طبقات من مواد غير منفذة مثل الصلصال فهو خزان محدود وعلى النقيض تكون الخزانات الجوفية غير المحدودة (غير المحصورة) بين طبقات من مواد غير منفذة وبالتالي تكون حدودها العليا اقرب الى سطح الارض من الخزانات الجوفية المحدودة وعندما يكون الخزان الجوفي تحت ضغط فمن جراء هذا الضغط ترتفع المياه في بئر يثقب الطبقة غير المنفذة الى الأعلى ويطلق عليه البئر الارتوازي .

تتحرك المياه الجوفية ببطء وبمعدل ثابت يعتمد على جريانهامن مناطق فيها قوة هيدروليكية عالية الى المناطق الواطئة ويطلق على ان حركتها سريعة عندما تتحرك حوالي (03) سم في العام وتعتمد على عوامل عديدة منها الارتفاع والمواد الجيولوجية فكلما زاد الانحدار كانت حركة المياه اسرع اضافة الى عاملين مهمين هما ( النفاذية والمسامية )التي تحددها طبيعة المواد الجيولوجية المكونة للطبقات الصخرية .

(ان معدل جريان المياه في طبقة (نطاق) نفاذة يحسب عن طريق قانون دراسي.

تتلوث المياه الجوفية بطرق عديدة ومتباينة وتدخل فعاليات الانسان العادية في معظم حالات تلوث هذه المياه وتتمثل في الانشطة التي تؤثر على الارض او الطبقة تحت السطح والتخلص من المواد الخطرة في الارض والاستخدام المقصود للكيماويات على سطح الارض أو الطبقة تحت سطح الارض، اما مصادر تلوث هذه المياه وبشكل عام فيعتمد على طبيعة البلدان المختلفة ومواقعها والنشاطات التي تهتم بها الدول وممكن ان تأتي الملوثات من تمليح الطرق ومبيدات الآفات والاسمدة الكيماوية والأسمدة العضوية وانسكاب الكيماويات ورشح المياه السطحية الملوثة والتعدين ورواسب تأتي من الجو ومواقع النفايات الخطرة المهملة وحفر الردم الصحي وصهاريج تخزين تحت سطح الارض وخطوط انابيب تحت الارض والصهاريج الصحية والمناجم وآبار الحقن العميق، وآبار النفط والغاز واندفاع المياه المالحة.

إذاً فالمياه الجوفية تتلوث بالاملاح الموجودة على سطح الارض او التي تندفع بشكل المياه المالحة نحو المياه العذبة ، وهنا التركيز على جانب اندفاع المياه المالحة التي تمثل غزو المياه المالحة او الآسنة للمياه العذبة في الخزانات الجوفية بالمناطق الساحلية

ويعزى هذا الغزو بصفة رئيسية الى السحب الجائر (المفرط) من المياه الجوفية من الخزانات الجوفية الساحلية بحيث ينخفض الشكل المخروطي لمستوى المياه الجوفية جراء السحب الى ما تحت مستوى سطح البحر ويسمح التدفق بالجاذبية لمياه البحر لأن تغزو الخزان الجوفي مما يجعل المياه غير صالحة للشرب وعندما تكون كمية الاملاح في المياه ضئيلة فإنها لاتشكل خطورة على الانسان ولكن عندما تزداد عن حدود معينه فإنها تزيد من ضغط الدم وتصبح مياه الشرب غير صالحة.

ومن الملوثات الشائعة الأخرى في معظم البلدان هي الصهاريج الصحية التي تستخدم في معالجة وتصريف النفايات المنزلية وتشكل مشاكل شائعة في المناطق الريفية حيث ان المياه التي تصرف من الصهاريج ترمى في تلك المواقع وتتسرب تلك الى المياه الجوفية.
تعد النفايات البشرية المكون الرئيسي للصهاريج الصحية التي تشمل جميع انواع المواد التي تستخدم في التنظيف المنزلي وتنظيف الملابس وكذلك فإن اي مواد كيماوية تصب في تلك المياه تسبب كثيراً من الامراض المعوية والتهاب الكبد وتعمل المواد الكيماوية ايضاً على خلق كثير من المشاكل الصحية للإنسان.

وتعد المبيدات والاسمدة الزراعية من الملوثات المهمة الاخرى التي تلوث المياه الجوفية فالمبيدات الحشرية يمكن ان تسبب تأثيرات صحية خطيرة وتدخل مبيدات الآفات الى المياه الجوفية من خلال رشح الامطار والري اللذين يجرفان معهما المبيدات غير المحللة الى الاسفل باتجاه خزانات المياه الجوفية المتنوعة كما وان الري بمياه جوفية ملوثة يجعل النباتات ملوثة وهذه تستخدم من قبل الانسان والحيوان وجميعها تصل في النهاية الى الانسان وتسبب له مشاكل صحية خطيرة ويجري نفس الشيء بالنسبة للأسمدة التي تضاف للتربه حيث تنقلها مياه الامطار والري الى الاسفل وقد تضاف كميات كبيرة من الاسمدة دون الحاجة اليها وتعتبر الاسمدة النتروجينية من أخطر الملوثات للمياه الجوفية اذا وصلت الى فم الانسان وامعائه وخصوصاً الاطفال ،وتلعب الاسمدة العضوية دوراً خطراً على صحة الانسان إذ انها تحتوي على البكتيريا القولونية والفيروسات وغيرها من مسببات الامراض.

ومن المكونات التي تهدد المياه الجوفية في معظم المدن، حفر الردم الصحي التي تحفر بدون بطانة وبما ان الحفر غير مغطاة فإن مياه الامطار تدخل مكوناتها وتذيب قسماً من موادها وتتجه بها نحو الاسفل الى المياه الجوفية وتمثل مواقع نفايات المواد الخطرة اكبر المصادر التي تهدد المياه الجوفية.

لقد استخدمت الطرق الجيوفيزيائية المختلفة في مناطق عديدة من العالم وذلك لمتابعة ما يجري تحت سطح الارض واصبح موضوع الجيوفيزياء البيئية من المواضيع التي يهتم بها الباحثون وهنالك النشرات العديدة بهذا الجانب وحسب الدولة و طبيعة الملوث فقد استخدمت طريقة الكهرومغناطيسية لتحديد مناطق النفاذية في الطبقات الملحية التي تستخدم لخزن النفايات الخطرة (النووية) حيث يتطلب تحديد مثل هذه المواصفات لمثل هذه النفايات، كما ان هذه الطريقة قد اثبتت قدرتها على تحديد السطوح البينية الفاصلة بين المياه المالحة والمياه العذبة ومن ثم امكانية رسمها وكذلك في توفير افضل مكان لوضع آبار المراقبة والإنتاج ومراقبة حركة الحد الفاصل من خلال تكرار القياسات الحقلية على فترات مختلفة ،ويمكن ايضاً تحديد ممرات هجرة الملوثات المتمثلة بالكسور وأنطقة القص ويمكن رسم الموصلات تحت سطح الارض فالتوصيلة للمياه العذبة تختلف عن المياه المالحة وذلك لانها تنخفض بشكل ملحوظ عند زيادة تركيز الصوديوم والكلور و الكبريتات.

ان تحديد انتشار المياه الجوفية الملوثة من مواقع رمي النفايات صعب جداً بسبب الكلف العالية للحفر الذي يحدد عدد آبار المراقبة في أي موقع وعليه فإن الطرق الجيوفيزيائية توفر القدرة على رسم خرائط للتوزيع الافقى والعمودي في الاراضي الواقعة بين الآبار المحفورة وخاصة عندما تسبب الملوثات زيادة في الاملاح المذابة في المياه الجوفية ويرافقها زيادة في التوصيلة التي يمكن ان تكتشف وتراقب بالطريقة الكهربائية والكهرومغناطيسيه كما يمكن ايضاً متابعة مصدر مسببات المياه الجوفية المالحة من خلال متابعة المياه المارة في الطبقات الملحية باستخدام الجس الكهربائي.

أما الطرق الجيوفيزيائية الأخرى مثل الزلزالية والجذبية والمغناطيسية فتستخدم كذلك للأغراض البيئية في تحديد سمك الغطاء وتحديد طبوغرافية صخور الاساس وميلها، وفي تحديد المواقع المدفونة التي تدفن فيها المواد المعدنية مع النفايات وكذلك بالامكان تشكيل نماذج لطبيعة الارض المدفونة من خلال المسوحات الجذبية والمغناطيسية وغالباً تجرى المسوحات بما هو متوفر من أجهزة ومعدات وذلك لضمان النتيجة الايجابية في التطبيق وكل حالة تدرس وتحدد الطريقة التي يجب ان تتبع لدراستها.

وقد عملت هيئة المساحة الجيولوجية والثروات المعدنية في السنوات الماضية -من خلال الاجهزة المتوفرة لديها والكادر المتدرب عليها- على إنجاز الدراسات التي تخص تواجد المياه الجوفية وتحديد مواقعها وأعماقها في العديد من المناطق في اليمن ومن ضمنها المناطق الساحلية وكان لنجاح مثل هذه الدراسات الأثر الواضح في عدد الطلبات المستمرة التي تقدم للهيئة للقيام بهذا النوع من المسوحات الحقلية .

وبما ان الهيئة تمتلك الامكانيات العلمية التي تستطيع من خلالها تنفيذ الدراسات التي تخص مشاكل تلوث المياه الجوفية التي تتطلب اجراء المسوحات الحقلية للمواقع المزمع دراستها ومن ثم تحليل المعلومات الحاصلة التي سوف توفر تصوراً عن ما يجري لهذه المياه وتخرج بمؤشرات لهذا النوع من المشاكل ان وجدت، فقد اصبح من الضروري ان تقوم الهيئة بتطوير هذا الاتجاه من البحوث والدراسات التي ستخدم مستقبل الثروة المائية..

ولابد من الاشارة هنا الى ان دراسة تلوث المياه العذبة بالمياه المالحة تعتبر من الامور المهمة حيث انها تمثل ظاهرة غير مرئية وغير محسوسة بها إلاَّ بعد فترة من حدوثها وذلك من خلال خلق مشاكل كثيرة للإنسان والمزارعين ويجب تداركها قبل فوات الاوان لا نه لا يمكن إصلاح خزانات المياة الجوفية بعد تلوثها او تلفها وعلى الجهات ذات العلاقة ان تستبق الأحداث وتقوم بما هو مطلوب وبالتعاون مع هيئة المساحة الجيولوجية والثروات المعدنية كونها الجهة التي تمتلك الامكانيات لهذا النوع من الدراسات لقد سبق لدول عديدة في العالم ان تعاملت مع هذه المشكلة من خلال الاستفادة من استخدامات الطرق الجيوفيزيائية كوسائل للكشف عنها ومن ثم وضع الضوابط لمنع حدوثها أو توسعتها اذا لم تحدث.

حماية المياه الجوفية من التلوث السطحي

بأن موارد المياه الجوفية تمثل مصدراً رئيسياً لتلبية المتطلبات المائية لهذه الدول إذ تبلغ نسبة الاعتماد عليها أكثر من 75 في المئة، وبأن الاعتماد الكبير والاستخدام المكثف لها في العقود الماضية أدى إلى استنزافها في معظم دول المنطقة، وتمثل ذلك فيهبوط مستوياتها وتدهور نوعيتها بسبب غزو المياه المالحة لها، ما أدى إلى فقدان جاهزية الكثير منها للاستخدام المباشر، بالإضافة إلى تدهور الأراضي الزراعية والبيئات الإيكولوجية المعتمدة عليها.

ومن جهة أخرى، وبالإضافة إلى استنزافها، تتعرّض المياه الجوفية في دول المنطقة إلى الكثير من تهديدات التلوث الناتج من الأنشطة السطحية (الزراعية والحضرية والصناعية...)،

وذلك بسبب عدم وجود أنظمة متكاملة لحماية المياه الجوفية فيها، وعدم إدراج قابليتها للتلوث السطحي في عملية تخطيط استخدامات الأراضي. ويؤدي تلوث المياه الجوفية بواسطة الأنشطة السطحية إلى تقليص جاهزية استخدامات هذه الموارد المائية المحدودة أصلاً، وفي النهاية إلى تفاقم وزيادة درجات الندرة المائية في دول المنطقة.

وحالياً، تتركز معظم الإجراءات الإدارية في دول المنطقة نحو تخفيف الضغوط على مصادر المياه الجوفية بغية تقليل سرعة تدهورها وإعادة تأهيل مستوياتها المائية ونوعية مياهها.

ويتمثل هذا في محاولة تقليل السحب من هذه الموارد بواسطة الكثير من الإجراءات والأدوات الإدارية التنظيمية والتشريعية والاقتصادية والتقنية، بالإضافة إلى محاولة زيادة معدل تغذيتها بواسطة التغذية الصناعية وإنشاء السدود.

أن تلوث المياه الجوفية بفعل الأنشطة السطحية ذو تأثير بالغ على صحة الإنسان نظراً إلى طبيعة الملوثات البشرية، وتمثل خطراً أكبر من تدهور الخزان بفعل التملح أو انخفاض منسوب المياه.

أضف إلى ذلك أن كلفة إزالة التلوث من المياه الجوفية تعتبر عالية جداً (مقارنة بتحسين نوعية المياه بسبب التملح)، وفي غالبية الأحيان لا تكون ناجحة في التخلّص النهائي من الملوثات

الاجراءات المستخدمة المتبعة لحفر بئر مياه جوفية الخاص بالبئر المقصود حفره

مواصفات البئر

- غلاف البئر
- يغلف جدار البئر من الداخل بأنبوب معدنى أو بلاستيك مصمت يسمى غلاف البئر ( كيسنج ) فائدة تدعيم جدران البئر و يعمل أيضا كأنبوب لنقل الماء الذى يضخة البئر .

- مصافى البئر

- غلاف البئر لا يغلف كامل عمق البئر لكنة يصل و لابد الى مسافة محددة بعدها تركب المصافى و هى عبارة عن أنبوب من نفس خامة أنبوب الغلاف و لها نفس قطرة لكنها تختلف فى كون جدار الأنبوب بة فتحات تختلف فى الشكل أغضلها نوع البريدج سموتد و هو عبارة عن فتحات طولية متقاربة و عموما فأن هذة الفتحات كلما زادت نسبة مساحتها الى مساحة سطح أنبوب المصافى الكلية كلما زاد تصرف ماء البئر و كان ذلك أفضل و العكس يحدث عندما تقل مساحة فتحات المصافى كلما قل تصرف البئر الى أن يصل لحد أن مساحة فتحات المصافى تقل عن 5% من مساحة سطح المصافى الكلية فتتجة أنتاجية البئر للتدهور . طول المصافى الكلى أيضا يؤثر فى أنتاجية البئر فكلما زاد طول المصافى كلما زاد تصرف البئر و ذلك ببساطة لأن المصافى هى الجزء الذى بة فتحات تسمح بدخول الماء الى البئر . مصافى بطول 25 متر تكون جيدة و مناسبة و يمكن زيادة طول المصافى لكن هذة الزيادة فى طول المصافى ليست بلا حدود بل هناك عوامل تحدد طول غلاف البئر و الى أين ينتهى بداية من سطح الأرض ليبداء تركيب المصافى من حيث أنتهى الغلاف و الى نهاية عمق البئر

- طول غلاف البئر و طول المصافى

- يبدأ الغلاف من عند بداية البئر عند سطح الأرض و يمتد فى البئر لأسفل حتى يصل الى سطح الماء الأستاتيكى قبل الضخ و يواصل أمتداد لما بعد ذلك و حتى يصل لمستوى الهبوط لسطح ماء البئر بعد الضخ و لا يتوقف عند هذا الحد بل يمتد بعدها لمسافة 5 - 10 متر كمسافة أمان للهبوط تركب عندها مضخة الأعماق التى يجب أن تكون مركبة بداخل غلاف البئر المصمت عديم الفتحات و ألا حدث ما يسمى شلالات المياه بداخل البئر و تقلل كفاءة البئر مسببة مشاكل لذلك يمتد الغلاف الى مسافة أمان أهرى طولها 10 متر تِؤمن وجود المضخة بداخل غلاف البئر المصمت بعيدا عن المصافى ذات الفتحات التى يدخل منها الماء الى البئر و بعد هذا الحد ينتهى الغلاف و يبدأ تركيب المصافى التى تمتد حتى نهاية المسافة التى يخترقها البئر .

- الغلاف الزلطى للبئر ( الزلط الفينو)

- يكون حفر البئر ذو قطر أكبر من قطر غلاف و مصافى البئر بحيث يوزع حولهما و بالتساوى غلاف حصوى سمكة لا يقل عن 3 بوصة و لا يزيد عن 8 بوصة . أهمية هذا الغلاف تكون فى عملة كمرشح لحماية البئر من دخول الرمال فية و ضخ الرمال و تزداد أهميتة عندما تكون الطبقة الحاملة للمياة رملية أو بها حبيبات رمل ناعم كثيرة . الرمال الداخلة للبئر ستضخ و لن تلحظها بعينيك لأن لونها فاتح و لصغر حجمها النسبى و هى تسبب ضررا لريش مروحة الطلمبة كما أنها ستتراكم بالبئر و ستسبب أنخفاض كفاءة البئر عامة . ليس صحيحا أن يحسب حجم حبات الزلط بالغلاف الحصوى على أساس أن تكون أكبر من فتحات مصافى البئر فحسب . يحسب حجم حصوات الغلاف الحصوى على أساس تحليل عينة من الطبقة الحاملة للمياة بالمنخل لتحديد حجم حبيبات العينة و النسبة المؤية لكل حجم من أحجام الحبيبات بالعينة و بناء على ذلك يحدد حجم حبات غلاف البئر الحصوى التى يضم أضافتها ببطء و أستمرار حول الغلاف و المصافى بواسطة القيسون و هو ماسورة قطرها بأتساع حفر البئر .

- تطهير البئر وكيف يتم

يفيد التطهير فى تنظيف البئر و تسليك مسام الغلاف الحصوى حول البئر و ترتيب الحبات مما يسبب فى رفع كفاءة البئر و تجرى هذة العملية لفائدتها بعد حفر البئر كما تجرى بعد ذلك لاحقا بغرض أعمل صيانة البئر و المحافظة على كفائتة . يتم تنفيض البئر بأحكام أغلاق فتحة البئر العلوية بغطاء ينفذ عبرة و من خلالة هواء مضغوط بواسطة ضاغط للهواء ( كومبريسور)

- العمر الافتراضى للبئر

يقدر العمر الأفتراضى للبئر المحفور بطريقة سليمة و مطابقة للمواصفات بمقدار 25 سنة و لكن يمكن أن يمتد عمر البئر لأطول من ذلك فى حالة عمل صيانه دورية له باستمرار وعلى فترات ثابتة . و على العكس فأن البئر المحفور بطريفة غير سليمة فقد يكون عمرة 10 سنوات أو 5 بل هناك بئر لا يعمل ألا 2 -3 سنة .

حفر بئر جيد يعمر بحسب عمرة الأفتراضى أكثر أقتصادا من حفر بئرين رخيصين رديئين خلال نفس العمر

تعليمات عامة لحفر الآبار المائية الجوفية

خطوات ترخيص الآبار المرخص لها بتعبئة المياه تجاريا

- الإشتراطات الواجب توافرها فى موقع الآبار المعدة لتعبئة المياه :-

يكون موقع البئر جنوب الكتلة السكنية وأن تكون ماسورة الغز محاطـة بمسافة لا تقل عن 45 م من جميع الجهات ومحاطة بسور ولا يقام داخل الحرم أى منشآت وتبعد عن الجبانات بمسافة 100 م عن السلخانــات بمسافة 500 م من جميع الجهات ومراعاة كافة الاشتراطات المذكــورة بالقوانين المعنية .

عمق البئر لا يقل عن 60 م

تواجد وسيلة صرف صحية لفائض مياه البئر `تمد بماسورة خارج حـرم البئر ( 45 م ) وان تكون ماسورة الغز من مادة لا تؤثر فى طبيعـــه المياه ولا تتأثر بمكونات المياه .

وجود صنبور معدنى ( استنلس ) لاخذ العينات من ماسورة الغز .

وجود دكه أسمنتية حول ماسورة الغز بنصف قطر 5 م بانحدار خفيـف للخارج .

تقام حجرة من المبانى فوق ماسورة الغز على مساحة لا تقل عن 5 م2 ويراعى فيها الظروف المناخية .

- إجراءات الترخيص :-

يتقدم صاحب البئر بطلب إلى الإدارة المركزية لشئون البيئة متضمنا اسم صاحب البئر وعنوان الموقع المزمع إنشاء البئر عليه وعقد ملكيــــة الأرض المراد إقامة البئر فيه وأوراق تفيد عمق البئر وموافقة قطــاع المياه الجوفية بوزارة الرى .

يتم إخطار صاحب الشأن بالاشتراطات الصحية الواجب توافرها فى موقع البئر .

يقوم صاحب الشأن بإخطار الإدارة العامة لصحة البيئة بالانتهاء مـــن توفير كافة الاشتراطات .

تقوم الإدارة العامة لصحة البيئة بتحديد موعد لاجراء المســـح البيئى لتحديد مدى استيفاء الموقع للاشتراطات الصحية للآبار .

فى حالة استيفاء موقع البئر للاشتراطات الصحية يتم اخطـــار الإدارة المركزية للمعامل بنتيجة المسح البيئى .

البعد بين بئرين

يعين حسب نوع البئر او الغرض من حفره، مع مراعاة نوع الطبقة الحاوية للماء والتقرير الجيولوجي للمنطقة التي يحفر فيها البئر وعلى النحو الآتي:

لا يسمح بحفر الابار – بأي شكل من الاشكال – قرب البئر المجاور ومشاريع الموارد المائية، ويجب ان لا يقل بعد البئر عن (500) متر من هذه المشاريع، وفي الحالة وجود عين مائي جفت مائها يجب ان يكون بعد البئر عنها (500)متر ايضاً

حفر البئر لمعامل انتاج المياه المعدنية والمشروبات الاخرى يجب ان تكون ضمن الشروط الآتية:

• ان تكون قطعة الارض المخصصة للبئربعيدة عن مصادر المياه السطحية او الينابيع الملائمة.

• يجب ان تكون قطعة الارض المخصصة خارج حدود المدن .

• ان تحفر ابارمصانع انتاج المياه المعدنية في التكاوين الجيولوجية الحبيبية وخصوصاً تكويني البختياري والترسبات الحديثة وفي التكاوين الكلسية .

-الدراسات الهيدروجيولوجية لموقع البئر وتحديد مواصفاته وكفائته وعمره الافتراضى

تحتاج دراسات المياه الجوفية إلى العديد من المبادئ الأساسية فى الجيولوجيا والجيوفيزياء والهيدرولوجيا والفيزياء والكيمياء والرياضيات ومجموعة قوانين ميكانيكا الموائع التى تحكم حركة المياه خلال الأوساط المسامية بجانب تقنيات النماذج الرقمية Numerical Models وتحليل النظم System Analysis وعلى ذلك فإنه قبل الشروع فى حفر حقل آبار لاستغلال المياه الجوفية فإنه من اللازم إجراء إستقصاءات أولية للخزان الجوفى Exploration ، يتبعها تقييم لإمكانيات الخزان الجوفى

الإستقصاءات الأولية للخزان الجوفى Groundwater Exploration

قبل وضع خطة العمل لإجراء الإستقصاءات الحقلية فلابد من الاستفادة من المعلومات والبحوث السابقة بحيث يتم حصر جميع البيانات والدراسات المتاحة وتلخيصها لتصبح أساسا لتخطيط الأعمال التكميلية المطلوبة. كما أن الزيارات الاستطلاعية لمناطق الدراسة تكون فى غاية الأهمية لبيان الظروف الحقلية والعوائق والبدائل الممكنة لطرق تجميع المعلومات التكميلية.

نوعية البيانات المطلوبة

عند إجراء إستقصاءات هيدرولوجية لإحدى المناطق تمهيدا لعمل التصميمات لحقول آبار لمشروعات رى وصرف كبيرة فإنه يلزم تجميع البيانات التالية :

بيانات مناخية
وتتضمن معدلات هطول الأمطار ودرجات الحرارة والبخر والنتح والرياح وسطوع الشمس.

نظام المياه السطحية
وتشتمل على مياه الرى والصرف والأنهار والبحيرات والعيون بالإضافة إلى نوعية المياه بها جميعا.

الخرائط والقطاعات
مثل الخرائط الطبوغرافية والجيولوجية (القطاع الجيولوجى - Lithologyالتكوين - Structure التتابع الطبقى - (Stratigraphy ، والخرائط الهيدرولوجية (مواقع الآبار – ســـطح المياه الحر Water Table - الضاغط البيزومترى Piezometric Head - نوعية المياه - مناطق الشحن والاستنزاف)، وأنواع التربة والغطاء النباتى والاستعمال الحالى والمستقبلى للأرضى ومصادر وأنواع الملوثات.

حصر الآبار الموجودة
وتتضمن مواقع الآبار ونوعها وتاريخ الحفر والعمق والقطر والجس الجيوفيزيائى ومناسيب المياه الإســــتاتيكية (بدون ضخ) والمناســــيب الديناميكية (مع الضخ) والتصرفــات والســــعة النوعية للبئر Specific Capacity ونوعية المياه.

بيانات الطبقة الحاملة Aquifer
وتشــــمل الطبقة المحصورة Confined وغير المحصـــورPhreatic والســـمك والعمق والحـــدود Boundaries والمعادلات الهيدروليكية وعلاقة المياه الجوفية بالمياه السطحية ونماذج تماثل الطبقة الحاملة.

تجهيز البيانات وعرضها Data Processing and Presentation

تجهيز البيانات Data Processing
نظرا لأن البيانات والمعلومات المجمعة من الحقل مباشرة أو من أعمال ودراسات سابقة تكون متعددة ومتنوعة فإنه يلزم حفظها وتداولها وفق نظام دقيق مثل قاعدة المعلومات على الحاسب الآلى - بجانب التحقق من صلاحية البيانات Reliability كما يلزم أن تسمح قاعدة المعلومات بتداول البيانات مثل القراءات الدورية لمناسيب المياه الجوفية التى يمكن استدعاؤها فى صورة منحنيات تغير المنسوب مع الزمن أو حتى على هيئة خرائط كنتورية لمناسيب المياه الجوفية فى أزمنة محددة.

عرض البيانات Data Presentation
يتم تحليل البيانات وتقييمها باستعمال الخرائط والقطاعات ، كما يمكن استخلاص الأشكال والرسومات من نظام قاعدة المعلومات ليوفر كثيرا من الجهد ويجب أن يكون مقياس الرسم لهذه الأشكال واحدا حتى يمكن إجراء مقارنات Interpretation عن طريق التطابق أو غير ذلك.

وتشمل خرائط ودراسات المياه الجوفية والقطاعات ما يلى :
-خرائط طبوغرافية وصور جوية.
-خرائط وقطاعات جيولوجية.
-خرائط كنتورية لمناسيب المياه الجوفية.
-خرائط عمق سطح المياه الجوفية الحر.
-خرائط كنتورية لسقف وقاع الطبقة الحاملة للمياه.
-خرائط كنتورية تبين الخواص الهيدروليكية للطبقات الحاملة للمياه.
-خرائط تبين مقدار وتوزيع السحب من المياه الجوفية.
-خرائط تبين نوعية المياه الجوفية (الملوحة والتلوث)

نظام شبكة التقييم Setup of Evaluation Network
تعتبر الإستقصاءات الحقلية عملية مستمرة تبدأ قبل إجراء الدراسة وتستمر أثناء مراحلها المختلفة وإلى ما بعد الانتهاء من تنفيذ حقل الآبار ، ومن الممكن تحسين القطاعات والخرائط والهيدروجرافات خلال هذه المراحل. وعلى سبيل المثال فإنه فى حالة عمل تماثل لأحد الخزانات الجوفية ومع معايرة النماذج الرقمية فإن نتائج تحليل الحساسية Sensitivity Analysis قد تشير إلى الحاجة إلى أعمال حقلية تكميلية وتجميع المزيد من البيانات.

وبجانب ذلك فإن شبكة المراقبة Monitoring تكون ضرورية لتقييم مشروعات المياه الجوفية.

ويمكن تعريف شبكة المياه الجوفية على أنها منظومة من نقاط المراقبة للزمان والمكان تقدم معلومات يعتمد عليها فى التخطيط والتطوير والإدارة لمصادر المياه الجوفية أو أى أنشطة أخرى مرتبطة بها. ويلزم أن تمتد شبكة التقييم إلى خارج حدود المنطقة التى يتم دراستها بالقدر الذى يمكن معه تغطية أى مساحات أخرى يحتمل أن تتأثر - كما أن ذلك يعطى بيانات عن حركة المياه الجوفية الداخلة والخارجة عبر حدود المنطقة.

وتعتمد كثافة شبكة التقييم وتكرارية الأرصاد على حالة المنطقة والهدف من التقييم والحدود التى تفرضها الميزانية المتوفرة ، ومن الواجب فى حالة جمع أرصاد مرتبطة ببعضها البعض أن يتم ذلك فى نفس الوقت بقدر الإمكان.

ومن أمثلة البيانات والمعلومات الواجب رصدها بواسطة شبكة التقييم فى حالة مشروع رى أو صرف مرتبط بالمياه الجوفية ما يلى :

-نظام التشغيل الفعلى للآبار.
-منسوب الضاغط الأستاتيكى والديناميكى للمياه الجوفية.
-عمق منسوب المياه الجوفية عن سطح الأرض.
-نوعية المياه الجوفية.
-مناسيب وتصرف شبكة المياه السطحية (إن وجدت) بالمنطقة.
الإستقصاءات الحقلية

هناك تقنيات مختلفة يمكن بواسطتها جمع معلومات عن تواجد المياه الجوفية ونوعيتها. ويمكن رصد مناسيب المياه الجوفية من الآبار كما يمكن أخذ عينات مياه منها. كما أن قياسات تصرفات ونوعيات المياه السطحية تعطى بيانات عن ارتباطها بالمياه الجوفية ، وكذلك فإن الاستشعار عن بعد من الطائرات والأقمار الصناعية قد أصبح ذا فائدة متزايدة لفهم أحوال المياه تحت السطحية. وتعطى تقنيات الجيوفيزياء شواهد غير مباشرة عن المياه الجوفية.

تجميع البيانات الحقلية
قياس مناسيب المياه الجوفية

يتم قياس مناسيب المياه الجوفية بالنسبة لمنسوب ثابت يسمى مستوى المقارنة Reference Level - وقد يكون متوسط منسوب سطح البحر

قياس نوعية المياه الجوفية

يمكن إعداد خرائط جيوكيميائية عن طريق أخذ عينات من مياه الآبار وتحليلها لعناصرها الكيميائية ، وتكون لمثل هذه الخرائط أهمية كبيرة فى توضيح الارتباط بين الخزانات الجوفية المتجاورة وحركة المياه الجوفية ونوعية التركيبات الجيولوجية وتوزيع المياه العذبة وشبه المالحة ويكفى لتر واحد من الماء لإجراء التحليل الكيميائى ويجب غلق الزجاجة وبداخلها عينة المياه بإحكام فور رفعها من البئر مباشرة وتخزينها فى مكان بارد ونقلها بعناية إلى المعمل للتحليل ، ويجب أخذ العينة من البئر بعد فترة من الضخ المستمر حتى تكون خالية من الملوثات.

قياس تصرفات ونوعية المياه السطحية

يجب قياس تصرفات المياه السطحية المختلفة المتصلة بالمياه الجوفية حيث أنها تساعد فى حساب الاتزان المائى للخزان الجوفى ويجب أيضا قياس نوعيه المياه السطحية ودرجة حرارتها وتوصيلها الكهربائى Electrical Conductivity .

طرق الاستشعار عن بعد Remote Sensing Techniques
تستخدم بيانات الاستشعار عن بعد لتصنيف سطح الأرض والتمييز بين نوعيات التربة وتحرى الظواهر الجيولوجية كما أنه يصبح ذا أهمية كبيرة فى حالة الإستقصاءات الإقليمية Regional Investigations

المساحة الجيوفيزيائية Geophysical Survey
تعتبر المساحة الجيوفيزيائية الطريقة العملية للتحرى عن الترسيبات المعدنية أو التركيبات الجيولوجية ، كما أن المساحة الجيوفيزيائية فوق سطح الأرض أرخص وأسرع طريقة عند مقارنتها بالحفر لاستكشاف التكوينات تحت السطحية. وأكثر الطرق شيوعا هى طريقة المقاومة الكهربية.

طريقة المقاومة الجيوكهربية Geo-Electrical Resistivity

فى هذه الطريقة يتم إمرار تيار كهربائى تحت سطح الأرض بواسطة قطبان كهربيان ويتم قياس فرق الجهد الكهربائى بواسطة قطبين كهربيين آخرين موضوعين على سطح الأرض أيضا ، ومع الربط بشدة التيار الكهربى فإنه يمكن قياس مقاومة جزء من التكوين تحت الأرضى، وبتغيير المسافة بين القطبين يمكن قياس المقاومة الظاهرية المختلفة للطبقات المتتالية تحت سطح الأرض

تقييم الخزان الجوفى Groundwater Evaluation

بعد أن يتم توصيف الأبعاد الهندسية للخزان الجوفى من حيث الامتداد المساحى والتتابع الطبقى وسمك وأعماق الطبقات الحاملة للمياه فإنه يجرى إختبار هذا الخزان للحصول على معلومات عن خواصه الهيدروليكية أى معامل التوصيل Transmissivity ومعامل التخزين Storativity . وإجراء تجربة إختبار البئر Well Test يعطى بيانات عن التصرف النوعى Specific Discharge للبئر بجانب معامل التوصيل للخزان الجوفى للمنطقة المحيطة مباشرة للبئر ، وفى هذه التجربة يكون المطلوب فقط بئر واحد للضخ.
أما تجربة إختبار الخزان الجوفى فهى تعطى بيانات عن كل من معامل التوصيل ومعامل التخزين وتحتاج إلى جانب بئر الضخ بئرين آخرين للملاحظة على الأقل على خط واحد وعلى أبعاد مختلفة من بئر الضخ. وتعطى هذه التجربة العلاقة بين تصرف البئر والهبوط الناتج فى مناسيب المياه الجوفية على أبعاد مختلفة من بئر الضخ وفى أوقات مختلفة. ويتم تحليل الأرصاد والقياسات اعتمادا على نوع الخزان الجوفى الذى تمت به تجربة الضخ ، ويقدم الفصل السابع تفاصيل تجارب الضخ.

الطريق الصحيح لاستغلال المياه الجوفية يبدأ من حفر أول بئر ناجح وحتى التشغيل المكثف لنظام المياه الجوفية والذى يتحدد من خلال خطوات التعظيم Optimization Procedures وذلك مرورا بالمراحل المتتالية من الإستقصاءات الأولية ثم تقييم الخزان الجوفى حتى الاستغلال الأمثل.

وبعد أن يصبح تحديد مواقع الآبار الناجحة مسألة روتينية فإن استغلال الخزان الجوفى غالبا ما يتزايد بانتظام تزايد عدد الآبار الإنتاجية ، وهنا تصبح الاعتبارات الهيدرولوجية أمرا هاما من حيث المسافة بين الآبار ومقدار الرفع Pumping Lift والحدود القصوى للتصرفات التى يتحملها هذا المصدر المائى.

وعندئذ يكون من الضرورى تحليل منظومة المياه الجوفية لتحديد خواص الطبقات الحاملة للمياه وتقدير متوسط الشحن السنوى وتكوين نموذج رياضى ، بهدف استغلال الخزان الجوفى على أساس متواصلSustained Basis . ويعتمد أقصى تصرف متواصل على مقدار الشحن وعلى الاشتراطات الموضوعة مثل خطورة تداخل المياه المالحة وهبوط سطح الأرض وأقصى منسوب لانخفاض المياه الجوفية ، كما يدخل فى الاعتبار إمكان تلوث المياه الجوفية من الأنشطة الزراعية ومصادر التلوث الكيميائى والعمرانى والصناعي.

ولما كان من المستحيل إجراء تجارب على الخزان الجوفى لمعرفة مدى رد فعله للسياسات المستقبلية المقترحة لإختيار الأنسب منها ، فإنه يجرى استعمال النماذج الرياضية لتحقيق ذلك. ويمثل النموذج بمجموعة معادلات يعطى حلها سلوك المنظومة. وتعتبر الطرق الرقمية المعتمدة على الكومبيوتر الوسيلة الرئيسية فى الوقت الحالى لحل مسائل المياه الجوفية الإقليمية Regional ، ولا يتعرض هذا الكود للرياضيات والطرق الرقمية ، ويمكن الرجوع إلى المراجع العلمية المتخصصة فى هذا الشأن. ويمر النموذج عند تشكيلة بالمراحل التالية :

إعداد الخرائط الأساسية لمنطقة الدراسة ويبين عليها المجارى المائية الرئيسية والحدود وأوصافها وأنواع وخصائص الطبقات الجيولوجية.

تشكل شبكة Grid يظهر عليها المجارى المائية والحدود - ويتم توصيف نقاط الشبكة Nodes الواقعة على الحدود من حيث التصرف والضاغط.

إدخال البيانات Parameter Input
يتم إدخال قيمة العناصر المختلفة Parameters لكل نقطة Node فى الشبكة مثل معامل التوصيل ومعامل التخزين وسمك ومقاومة الطبقات نصف المنفذة وكذلك بيانات تضاريس سطح الأرض والأمطار ومواقع ومقادير الضخ.

معايرة النموذج Calibration
عندئذ يحسب النموذج مناسيب المياه الجوفية والاتزان المائى عند كل نقطة والتى يجرى مقارنتها بالمناسيب والتصرفات المقاسة. فإذا لم يحدث توافق بين المقادير المحسوبة والمقاسة فإنه يتم تعديل عنصر واحد ثم تعاد الحسابات ، وطريقة المحاولة والخطأ هذه التى تتبع للتوصل إلى تشابه مقبول مع الحقيقة تسمى عملية معايرة النموذج.

إختبار الحساسية Sensitivity Analysis
لبيان مدى حساسية النموذج لكل عنصر Parameter فإنه يجرى إختبار درجة تأثر النموذج بالتغير فى قيمة هذا العنصر ، ويكون لهذا البيان أهمية كبيرة للضبط الدقيق للنموذج. وعادة تتم المعايرة وإختبار الحساسية فى مرحلة واحدة.

تطبيقات النموذج Application
بمجرد الانتهاء من المعايرة يصبح النموذج صالحا للتطبيق بإجراء تجارب فعلية Production Runs وهذا يعنى أنه يمكن تمثيل أى أنشطة مستقبلية مثل زيادة معدلات الضخ من أبار جديدة على مناسيب المياه الجوفية المحلية والإقليمية مما يساعد على تحديد مقدار الضخ الآمن Safe Yield ووضع المواصفات لتصميم الآبار.

التعظيم Optimization
وهذا يعنى تشغيل منظومة المياه الجوفية بطريقة تجعل النسبة بين الفائدة والتكلفة أكبر ما يمكن بشرط عدم تدمير المصدر المائى ومراعاة أى اشتراطات أخرى مثل نوعية المياه واستمرارية المصدر والنواحى البيئية والتداعيات الاجتماعية وتستخدم لذلك طرق تحليل المنظومة System Analysis

أنواع الآبار المستخدمة فى مشروعات الشرب و الرى والصرف

الآبار الإنتاجية Discharge Wells
البئر الإنتاجى عبارة عن ثقب يتم حفره رأسيا مخترقا التكوينات الجيولوجية حتى يصل إلى المياه الجوفية بحيث يسمح بدخول الماء من خلال فتحات (مصافى) توجد فى الجزء السفلى ومنها تصل إلى سطح الأرض.

بيت المضخة Pump house
ويشيد من الطوب أو من الخرسانة ، وعادة يقام فوق البئر مباشرة لحماية رأس البئر ، وهو يضم بجانب المضخة أجزاء التركيبات الأخرى مثل لوحة التحكم وعداد المياه وأجهزة قياس الضغط.

رأس البئر
ويجرى إحكام غلقه عند سطح الأرض وتكون به ممرات محكمة للكابلات ولمواسير مراقبة منسوب المياه.

ماسورة البئر Casing
وتكون هى الوسيلة التى تنقل المياه الجوفية إلى سطح الأرض كما تعمل على احتواء المضخة.

المضخة
وهى تعمل على خلق الضاغط الهيدروليكى الذى يسبب حركة المياه إلى أعلا.

العازل الطينى Clay Seal
ويتم وضعه بين ماسورة البئر وجدران ثقب الحفرة فوق أعلى الطبقات الحاملة للمياه لمنع المياه السطحية من الوصول إلى المصافى.

المصافى Screen
وتتكون من ماسورة بها فتحات طويلة ضيقة (مشقبيات Slots) أفقية أو رأسية يدخل الماء من خلالها إلى البئر.

مصيدة الرمال Sand Trap
وهى ماسورة صماء توجد أسفل المصافى حيث تختزن الرمال أو أية حبيبات أخرى قد تنفذ من خلال المصافى.

أذرع التمركز Centralizers
وهى تحفظ ماسورة البئر والمصافى أثناء وضع الغلاف الزلطى والعازل.

الغلاف الزلطى
ويحقق وجود نطاق حول مصافى البئر ذى معامل نفاذية عال كما يعمل على أتزان الطبقة الحاملة للمياه ويقلل من ضخ حبيبات الرمال.

ويمكن تقسيم الآبار الإنتاجية من حيث العمق إلى آبار ضحلة يبلغ عمقها عشرات الأمتار أو آبار عميقة تصـــل إلى مئـــات الأمتار. وقد تخترق الآبار الإنتاجيــة طبقـــات حاملــة للميــاه محصـورة Confined Aquifer ولها ضاغط ارتوازى Artesian يعلو سطح الأرض ، وفى هذه الحالة يكون تدفق البئر طبيعيا Natural Flowing Well ودون الحاجة إلى مضخة.

والبئر الإنتاجى يمكن استخدامه فى تخفيض منسوب المياه الجوفية فى المنطقة المطلوب تخفيض سطح المياه الجوفية فيها.

إجراءات حماية مصادر المياه الجوفية من التدهور

تختلف طرق حماية المياه الجوفية من حيث حماية مشروعات استغلالها القائمة من التدهور أو ضمان سلامة المشروعات المستقبلية، والتي تتوقف على معرفة وضعية الخزان وحالة المياه الجوفية والتغيرات التي طرأت عليها منذ بدأ استغلالها من حيث معدلات السحب والهبوط في مستوى المياه ونوعيتها وهو ما يستوجب وجود نظم مراقبة دورية جيدة.

ويتطلب حماية مصادر المياه الجوفية من التدهور خلال فترة استغلالها لأغراض التنمية المستديمة اتباع الإجراءات التالية:

ضرورة تحديد إمكانيات المياه المتاحة للإستغلال الآمن والمتواصل في الاستخدامات المختلفة دون حدوث تدهور في نوعيتها، وتعريف المسئولين عن إدارة المياه ومستخدمي المياه بذلك.

تحديد استخدامات المياه الجوفية المطلوبة واحتياجاتها ووضع التخطيط الجيد لتنميتها واستغلالها وإدارتها وإعداد الخطط الطويلة المدى وأخرى قصيرة المدى لاستغلالها مع المراقبة والمراجعة الدورية لسلوك الخزان الجوفي لمتابعة التغييرات التي قد تطرأ عليه من حيث الكم والنوع لضمان التدخل في الأوقات المناسبة قبل تفاقم المشاكل.

ضرورة التطبيق الحازم للقوانين المنظمة لاستغلال مصادر المياه الجوفية (القانون رقم 12 لسنة 1984م ولائحته التنفيذية) وحمايتها من التلوث.

توجيه الإرشاد الزراعي للتركيز على أسس ومعدلات استخدام المخصبات الزراعية والمبيدات بهدف إقلال المتسرب منها إلى الخزانات الجوفية.

صيانة شبكات الصرف الصحي مع إمداد مناطق التجمعات السكانية والقرى التي تفتقر إلى وجود مثل هذه الشبكات بشبكات مناسبة أو خزانات تحليل بالمواصفات المطلوبة للإقلال من التلوث الآدمي.

عدم السماح بحقن الملوثات الصناعية والآدمية في الخزان الجوفي، مع مراقبة خزانات البترول الأرضية وضمان سلامتها من الشروخ لمنع تسرب المواد البرولية إلى المياه الجوفية.

ضرورة اتباع التصميم المثالي للآبار) والاختيار السليم لمواقعها بحيث تكون بعيدة ما أمكن عن مصادر التلوث الطبيعي (الحديد والمنجنيز) مع عزل الجزء العلوي منها بالتغليف الأسمنتي لحمايتها من أي تلوث مباشر من السطح.

ضرورة تكثيف برامج للتوعية عن طريق أجهزة الإعلام والمدارس بأهمية المحافظة على مصادر المياه الجوفية وحمايتها من التلوث باعتبارها أحد أهم مصادر المياه الهامة في سد احتياجات المجتمع من مياه الشرب والري.

» دراسة جدوى اقتصادية لانشاء مصنع مياه معدنية وطبيعية سعة 7000 زجاجة /ساعة من بئر جوفى بالمنطقة الصناعية بالعين السخنة
» دراسة جدوى فنية لانشاء مصنع مياه معدنية وطبيعية سعة 7000 زجاجة /ساعة من بئر جوفى بالمنطقة الصناعية بالعين السخنة
» دراسة هيدروجيولوجية لبئر انتاج وتعبئة مياه طبيعية تجاريا القطاع الصناعى الاول شركة السويس للتنمية الصناعية العين السخنة مدينة السويس مايو-2013
» دراسة جدوى فنية مبدئية مقدمه لهيئة التنمية الصناعية لانشاء مصنع سيراميك وبورسيلين وادوات صحية بالمنطقة الصناعية ببنى سويف للصناعات الثقيله
» دراسات جدوى انشاء مصنع مياه طبيعية ومعدنية بالكويت