المياه السطحية

تجربة استهلالية : قياسُ كميةِ الأمطارِ الهاطلةِ

بدأَ الإغريقُ بقياسِ كميةِ الأمطارِ منذُ 500 عامٍ قبلَ الميلادِ، باستخدامِ أدواتٍ بسيطةٍ بغرضِ تحسينِ غلَّةِ المحاصيلِ الزراعيةِ، وفي الوقتِ الحاليِّ تعدَّدَتْ أشكالُ أجهزةِ مقياسِ المطرِ، وأحجامُها؛ بغرضِ إنشاءِ سجلّتٍ وبياناتٍ لتوضيحِ طبيعةِ المناخِ الذي يسودُ منطقةً ما، وليسَ فقطْ للحاجاتِ الزراعيةِ، ويُوضِّحُ الجدولُ الآتي بياناتٍ عنْ كميةِ الأمطارِ المَقيسةِ في مدينةِ عجلونَ بوساطةِ جهازِ مقياسِ المطرِ خلالَ عدةِ أيامٍ منْ شهرِ شباطَ لأحدِ الأعوامِ، أتأمَّلُهُ جيدًا، ثمَّ أُجيبُ عنِ الأسئلةِ التي تليهِ.

                        

الأيام	السبت	الأحد	الاثنين	الثلاثاء	الأربعاء	الخميس	الجمعة
كمية الأمطار(mm)	85	62	101	94	60	5	0

التحليلُ والاستنتاجُ:
1. أرسمُ العلاقةَ بينَ كميةِ الأمطارِ وأيامِ الأسبوعِ بيانيًّا؛ بحيثُ يمثِّلُ المحورُ السينيُّ أيامَ الأسبوعِ، والمحورُ الصاديُّ يمثِّلُ كميةَ الأمطارِ.

                               
2. أحسبُ متوسطَ هطلِ الأمطارِ الأسبوعيِّ في مدينةِ عجلونَ.

  كمية الهطل = 85 + 62 + 101 + 94 + 60 + 5 + 0 / 7    

                     = 7 / 407

                     = mm 58.14  

3. أفسرُ: لماذا يوضَعُ مقياسُ المطرِ في مكانٍ مرتفعٍ ومكشوفٍ؟

يُوضع مقياس المطر في مكان مرتفع ومكشوف حتى لا توجد عوائق تعمل على حجب الأمطار مثل المباني والأشجار التي تمنع تساقط الأمطار في مقياس المطر، ما يؤثر في دقة القراءة.
4. أتوقعُ: كمْ ستكونُ كمياتُ الأمطارِ المسجلةُ؛ لوِ استخدمتُ مقياسَ المطرِ في منطقةٍ استوائيةٍ؟

ستكون كميات الأمطار المسجلة بوساطة مقياس المطر كبيرة؛ لأن المناطق الاستوائية تمتاز بغزارة الأمطار فيها.
5. أستنتجُ: كيفَ يمكنُ أنْ أحسبَ المتوسطَ السنويَّ لسقوطِ الأمطارِ في مدينةِ عجلونَ؟

أجمعُ معدلات سقوط الأمطار خلال أشهر السنة الاثني عشر، ثم اقسمها على عدد الأشهر.
6. أبرِّرُ سببَ عدمِ التحقُّقِ منْ كميةِ الأمطارِ المَقيسةِ على مدارِ كلِّ ساعةٍ في اليومِ.

لأنها تحتاج إلى مجهود كبير في المتابعة وهو من الصعب تحقيقه كل ساعة على مدار اليوم 

 

مياهُ الأمطارِ المصدرُ الرئيسُ للمياهِ العذبةِ Rainwater is the Main Source of Freshwater

•  المياهَ السطحيةَ تغطّي % 71 منْ سطحِ الأرضِ، معظمُها مياهٌ سطحيةٌ Surface Water.
• تُشكِّلُ المياهُ المالحةُ في البحارِ والمحيطاتِ نسبةَ % 97.5 تقريبًا، بينَما تُشكِّل المياهُ العذبةُ نسبةً أقلَّ لا تتعدّى % 2.5 تقريبًا،أغلبُ هذهِ النسبةِ توجدُ على شكلِ جليدياتٍ في الأقطابِ لا يمكنُ الوصولُ إليْها في الغالبِ.
• تُشكِّلُ المياهُ العذبةُ السائلةُ السطحيةُ التي تتجمّعُ في الجداولِ والأنهارِ والبحيراتِ نسبةَ % 1 تقريبًا منْ مجموعِ المياهِ العذبةِ على سطحِ الأرضِ.

                                  

أستنتجُ: هل يمكنُ الاستفادةُ منْ الكتلِ الجليديةِ في القطبِ المتجمدِ الجنوبيِّ؛ باعتبارِها مصدرًا للمياهِ العذبةِ؟

يمكن أن تختلف إجابات الطلبة، ومنها أنه لا يمكن الاستفادة منها كمصدر للمياه العذبة؛ لأنها كتل جليدية متجمّدة لا يمكن الوصول إليها في الغالب.

 

• تنتقلُ المياهُ منْ مكانٍ إلى آخرَ بينَ غُلُفِ الأرضِ المختلفةِ على شكلِ دورةٍ مغلقةٍ.
• تبدأ الدورة بعمليةِ تبخرِ المياهِ منَ المسطحاتِ المائيةِ بفعلِ حرارةِ الشمسِ،ِوتكاثف بخارِ الماءِ ثمَّ يحدثُ الهطولُ على شكلِ ثلوجٍ أوْ برَدٍ أوْ أمطارٍ على سطحِ الأرضِ، ويتسرّبُ جزءٌ منْهُ إلى داخلِ الأرضِ ويُخزَّنُ على شكلِ مياهٍ جوفيةٍ، أمّا الجزءُ المتبقّي فإنَّهُ يتدفّقُ على سطحِ الأرضِ بفعلِ الجاذبيةِ الأرضيةِ على شكلِ جريانٍ سطحيٍّ Surface Runoff 
• يدخلُ جزءٌ منْهُ إلى مجاري الأنهارِ والسيولِ والبحيراتِ والأنهارِ الجليديةِ، ويتحرّكُ بعضٌ منْهُ نحوَ المحيطاتِ،
• باستمرارِ الهطلِ تتجدّدُ المياهُ السطحيةُ، وتستمرُّ تغذيةُ مياهِ الأنهارِ والجداولِ العذبةِ، والمياهِ الجوفيةِ لتحلَّ محلَّ المياهِ التي استخدمَها الإنسانُ في نشاطاتِهِ المختلفة؛ لذلكَ تُعدُّ مياهُ الأمطارِ المصدرَ الرئيسَ للمياهِ العذبةِ على سطحِ الأرضِ.

                          

ألخِّصُ آليةَ انتقالِ المياهِ بينَ غُلفِ الأرضِ المختلفةِ.

تنتقلُ المياهُ منْ مكانٍ إلى آخرَ بينَ غُلُفِ الأرضِ المختلفةِ على شكلِ دورةٍ مغلقةٍ، تبدأُ بعمليةِ تبخرِ المياهِ منَ المسطحاتِ المائيةِ بفعلِ حرارةِ الشمسِ،ِوتكاثف بخارِ الماءِ ثمَّ يحدثُ الهطولُ على شكلِ ثلوجٍ أوْ برَدٍ أوْ أمطارٍ على سطحِ الأرضِ، ويتسرّبُ جزءٌ منْهُ إلى داخلِ الأرضِ ويُخزَّنُ على شكلِ مياهٍ جوفيةٍ، أمّا الجزءُ المتبقّي فإنَّهُ يتدفّقُ على سطحِ الأرضِ بفعلِ الجاذبيةِ الأرضيةِ على شكلِ جريانٍ سطحيٍّ، يدخلُ جزءٌ منْهُ إلى مجاري الأنهارِ والسيولِ والبحيراتِ والأنهارِ الجليديةِ، ويتحرّكُ بعضٌ منْهُ نحوَ المحيطاتِ، وباستمرارِ الهطلِ تتجدّدُ المياهُ السطحيةُ، وتستمرُّ تغذيةُ مياهِ الأنهارِ والجداولِ العذبةِ، والمياهِ الجوفيةِ لتحلَّ محلَّ المياهِ التي استخدمَها الإنسانُ في نشاطاتِهِ المختلفة.

 

أتحقَّقُ: أُفسّرُ لماذا تُعدُّ مياهُ الأمطارِ المصدرَ الرئيسَ للمياهِ العذبةِ على سطحِ الأرضِ.

لأنه باستمرار عملية هطول الأمطار تتجدّد المياه السطحية، وتستمر تغذية مياه الأنهار والجداول العذبة، والمياه الجوفية لتحل محل المياه التي استخدمها الإنسان في نشاطاته المختلفة.

 

أبحثُ: على مدى القرنِ الماضي، ارتفعَ مستوى سطحِ البحرِ جزئيًّا بسببِ انصهارِ الجليدياتِ، ويعتقدُ العلماءُ بأنَّهُ إذا استمرَّتْ درجةُ حرارةِ الأرضِ بالارتفاعِ، فإنَّ ذلكَ سيهدّدُ كثيرًا منَ المدنِ الساحليةِ بالغرقِ. أبحثُ في مصادرِ المعرفةِ المتوافرةِ لديَّ عنِ العلاقةِ بينَ ظاهرةِ الاحترارِ العالمية الناتجة عن ارتفاعِ درجاتِ الحرارةِ، وكميةِ الماءِ وتوزيعِها في مناطقَ مختلفةٍ منَ العالمِ.

أصبحت الطبقات الجليدية والثلجية التي تعلو الجبال أصغر حجماً في متوسطها في نصفي الكرة الأرضية، وهو ما ساهم في ارتفاع مستوى سطح البحر. وتشير البيانات الحديثة إلى أن هناك احتمالاً كبيراً بأن يكون ذوبان طبقات الجليد في جرينلاند والقطب الجنوبي قد ساهم في ارتفاع مستوى سطح البحر في الفترة من عام 1993 إلى عام 2003. وقد ارتفع مستوى سطح البحر في العالم بمعدل 1.8 ملم (1.3 ملم إلى 2.3 ملم) في العام في الفترة ما بين عامي 1961 و 2003. وهذا المعدل كان أسرع وتيرة في الفترة من عام 1993 إلى عام 2003 بنحو 3.1 ملم في المتوسط (2.4 ملم إلى 3.8 ملم) كل عام. وعليه تتوقع اللجنة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ تسارع ارتفاع مستوى سطح البحر بنحو 0.6 ملم أو أكثر بحلول عام 2010. وإذا لم يتم حماية السواحل، فربما تزداد الفيضانات التي تنتج عن ارتفاع مستوى سطح البحر إلى عشرة أضعاف أو أكثر بحلول عام 2080، مما سيؤثر على أكثر من 100 مليون نسمة سنوياً. وسيصبح سكان مناطق الدلتا عرضة لهذه العوامل أكثر من غيرهم، إذ سيتسبب ارتفاع مستوى سطح البحر في زيادة ملوحة المياه الجوفية ومصبات الأنهار، وهو ما يعني انخفاض كمية المياه العذبة المتوفرة للإنسان والأنظمة الإيكولوجية في المناطق الساحلية. وربما يعاني أكثر من 158 ألف نسمة في أوروبا من تآكل السواحل أو الفيضانات بحلول عام 2020، فيما يتوقع أن تختفي نصف الأراضي الرطبة الساحلية في أوروبا. وفي تايلاند، قد يؤدي فقدان الأرض جراء ارتفاع مستوى سطح البحر بمقدار 50 سم إلى انخفاض الناتج المحلي الإجمالي بنحو 0.36 بالمائة (أي نحو 300 مليون دولار)، فيما قد يتسبب ارتفاع منسوب المياه بنسبة 100 سم إلى خسارة 0.69 بالمائة (حوالي 600 مليون دولار) سنوياً. وتقدر التكلفة السنوية لحماية سواحل سنغافورة من 0.3 إلى 5.7 مليون دولار بحلول عام 2050، لتصل ما بين 0.9 و 16.8 مليون دولار بحلول عام 2100. وطبقاً لما ذكرته اللجنة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ، قد يؤدي ارتفاع مستوى سطح البحر بمقدار 50 سم في مدن مثل الإسكندرية ورشيد وبورسعيد التي تقع على ساحل دلتا نهر النيل في مصر إلى تهجير أكثر من مليوني نسمة من ديارهم وفقدان 214 ألف وظيفة وضياع أراضي تُقدر قيمتها بأكثر من 35 مليار دولار. وقد يؤدي ارتفاع مستوى سطح البحر إلى زيادة الفيضانات في إفريقيا، خاصة على طول السواحل الشرقية، وهو ما سيزيد من تعرض المدن الساحلية للأخطار الاجتماعية والاقتصادية والطبيعية، بما في ذلك الانعكاسات الصحية على سكان هذه المناطق. وقد تصل تكلفة التكيف مع هذه الظاهرة إلى ما لا يقل عن 5 إلى 10 بالمائة من الناتج المحلي الإجمالي.وعلى المدى الطويل، قد يؤدي الاحتباس الحراري إلى ارتداد خط الثلوج، واختفاء الكثير من الطبقات الجليدية مما يلحق ضرراً جسيماً بالسكان الذين يعتمدون على الأنهار الرئيسية في آسيا، والتي يتغذى الكثير منها من المياه الذائبة من الهيمالايا. ونتيجة لذلك قد يعاني أكثر من مليار نسمة عبر آسيا من نقص في المياه أو تدهور الأراضي أو الجفاف بحلول عام 2050.

 

أفكر: يؤدّي الإنسانُ دورًا مهمًّا في انتقالِ الماءِ بينَ غُلُفِ الأرضِ المختلفةِ. أفكِّرُ: كيفَ يؤثِّرُ الإنسانُ في انتقالِ الماءِ بين غُلُفِ الأرضِ المختلفةِ.

ساهمت أنشطة الإنسان المختلفة مثل النشاط الصناعي بارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي، ما أدى إلى زيادة تبخر الماء وزيادة هطول الأمطار في بعض المناطق من العالم، وفي مثال آخر على دور الإنسان في انتقال الماء بين غُلُف الأرض المختلفة هو عمليات التشجير التي يقوم بها الإنسان، إذ تقوم الأشجار بدور المضخات الحيوية (الأحيائية) في دورة الماء، فتسحب الماء من التربة وتطلقه في الغلاف الجوي في صورة بخار ماء. وبذلك تسهم الغابات في تكوين الغيوم وهطول الأمطار. وقد تمنع الأشجار الفيضانات عن طريق حجز المياه المتدفقة حتى لا تصب في البحيرات والأنهار، وتعمل على صدّ العواصف والرياح في المجتمعات الساحلية. وتساعد جذور الأشجار في تثبيت التربة في مكانها وحمايتها من الانجراف بفعل الأمطار، كما تعمل الأشجار أيضًا على خفض درجة حرارة الطقس في المناطق التي تنمو فيها. إذ تظلّل الأشجار التربة وتحافظ على درجة حرارتها، ويمتص هذا الجزء الداكن من التربة الحرارة عوضا عن عكسها. وتستفيد الأشجار من الطاقة المستمدة من أشعة الشمس في تحويل الماء إلى بخار. وهذا كله يوضح أمثلة على كيف يمكن أن يؤثر الإنسان في انتقال الماء بين غُلُف الأرض المختلفة.

 

قياسُ كميةِ مياهِ الأمطارِ الهاطلة Measuring Rainfall

• تُقاسُ كميةُ الأمطارِ الهاطلةِ على منطقةٍ ما خلال زمنٍ معينٍ بوساطةِ جهازٍ يُسمّى مقياسَ المطرِ Rain Gauge.

                                                                          

• يشيرُ التدريجُ داخلَ الأنبوبِ بالمليميترِ (mm) إلى كميةِ الأمطارِ الهاطلةِ في ذلكَ الوقتِ.
• يعتمدُ قياسُ كميةِ الهطلِ في منطقةٍ ما إجراءِ قياساتٍ مطريةٍ في عدةِ مواقعَ. ومنْ ثَمَّ إيجادِ متوسطِ كميةِ الهطلِ في هذهِ المنطقةِ في ساعةٍ أوْ أكثرَ، وفي ضوءِ هذهِ القياساتِ يتمكنُ الراصدونَ منْ حسابِ كميةِ الأمطارِ الهاطلةِ يوميًّا وشهريًّا وفي أثناءِ سنةٍ كاملةٍ.
• كذلكَ يتمكَّنونَ منْ حسابِ كثافةِ الهطولِ المطريِّ بقسمةِ كميةِ الأمطارِ الهاطلةِ التي سُجِّلَتْ باستخدامِ جهازِ مقياسِ المطرِ على مدةِ الهطلِ ويُعبَّرُ عنْها بالعلاقةِ الرياضيةِ الآتيةِ:

                                                      P = T / n
حيثُ إنَّ:
P = كثافةَ الهطلِ بوحدةِ (mm/h)
T = كميةَ الأمطارِ الهاطلةِ بوحدةِ (mm)
n = عددَ ساعاتِ الهطلِ بوحدة(h)

 

أتحقّق: أُسمّي الجهازَ المستخدمَ في قياسِ كميةِ الأمطارِ الهاطلةِ على منطقةٍ ما خلال زمنٍ معينٍ.

مقياس المطر 

مثال :

سجَّلَ جهازُ مقياسِ المطرِ كميةَ ماءٍ مقدارُها ( 50 mm ) في منطقةٍ ما خلال ( 4 h )، أحسبُ كثافةَ هطلِ الأمطارِ في تلكَ المنطقةِ.
الحلُّ:

                          P = T / n

                          P=50/4

                                   P= 12.5 mm/h 

 

تمرين 

أحسبُ كثافةَ هطلِ الأمطارِ في منطقةِ عمانَ خلالَ الأسبوعِ الأولِ منْ شهرِ شباطَ، معَ العلمِ أنَّ كميةَ الأمطارِ الهاطلةِ تساوي ( 2000 mm ).

الحل : الأسبوع يساوي  168 ساعة 

                          P = T / n

                          P=2000/168

                                   P= 11.9 mm/h 

 

الموازنةُ المائيةُ لخزانٍ مائيٍّ سطحيٍّ Water Budget for Surface Water Reservoir

• تتغيرُ كميةُ المياهِ في المسطحاتِ المائيةِ كالأنهارِ والبحيراتِ في الأغلبِ بسببِ تدفقاتِ المياهِ الداخلةِ إليْها والخارجةِ منْها،
• يُقاسُ مقدارُ التغيرِ في كميةِ المياهِ المخزَّنةِ في أيِّ جسمٍ مائيٍّ؛ بحسابِ الفرقِ بينَ كميةِ المياهِ الداخلةِ وكميةِ المياهِ الخارجةِ التي تُسمّى: الموازنةَ المائيةَ،  ويُعبَّرُ عنْها رياضيًّا بالعلاقةِ الآتيةِ:

                                                                  C = I – O

حيثُ إنَّ:
C = التغيرَ في كميةِ المياهِ المخزَّنةِ
I = كميةَ المياهِ الداخلةِ بوحدةِ (m³)
O = كميةَ المياهِ الخارجةِ بوحدةِ(m³)

 

                             

 

نشاط: حساب الموازنة المائية لمسطح مائي
تنبعُ أهميةُ حسابِ الموازنةِ المائيةِ للمسطَّحاتِ المائيةِ منْ تقييمِ مواردِ المياهِ المتاحةِ للاحتياجاتِ البشريةِ والبيئيةِ، ويوضِّحُ الجدولُ الآتي بياناتٍ تتضمّنُ معلوماتٍ شهريةً لكمياتِ الهطلِ والتبخرِ لإحدى البحيراتِ، أتأمَّلُهُ جيدًا، ثمَّ أجيبُ عنِ الأسئلةِ التي تليهِ:

                                                                     

التحليلُ والاستنتاجُ:
1. أرسمُ بيانيًّا العلاقةَ بينَ أشهرِ السنة وكلٍّ منْ: كميةِ الهطلِ وكميةِ التبخرِ.

                               
2. أوضِّحُ العواملَ المؤثِّرةَ في كميةِ المياهِ المخزَّنةِ في البحيرةِ خلالَ السنةِ.

العواملَ المؤثِّرةَ في كميةِ المياهِ المخزَّنةِ في البحيرةِ خلالَ السنةِ هي: كمية الهطل وكمية التبخر.
3. أحسبُ مقدارَ التغيرِ في كميةِ مياهِ البحيرةِ المخزَّنةِ خلالَ سنةٍ كاملةٍ؛ بالاعتمادِ على المعلوماتِ الواردةِ في الجدولِ.

                             

                                                           O  – I = C

                           616.966 -  470.662  =

                                     =146.306mm-

والإشارة السالبة تدل على أن هناك نقصاناً في كمية المياه المخزنة داخل البحيرة؛ لأن كمية المياه المتبخرة أكبر من كمية الهطل.

4. أُقارنُ بينَ شهرَيْ تشرينَ الثاني وشباطَ؛ منْ حيثُ مقدارُ التغيرِ في كميةِ مياهِ البحيرةِ المخزَّنةِ في كلا الشهريْنِ.

مقدار التغير في كمية مياه البحيرة المخزنة في شهر شباط أكبر من مقدار التغير في شهر تشرين الثاني، حيث إن مقدار التغير في شهر شباط يساوي (mm 19.812) بينما في شهر تشرين الثاني يساوي (mm 12.95).
5. أتوقعُ ماذا يمكنُ أنْ يحدثَ لمستوى الماءِ في البحيرةِ؛ لوْ كانَتْ كميةُ الهطلِ تساوي كميةَ التبخرِ خلالَ السنةِ؟

سيبقى مستوى الماء ثابتًا دون زيادة أو نقصان؛ لأن كمية المياه الداخلة بالهطل تساوي كمية المياه الخارجة بالتبخر.

 

 

الأشكالُ المائيةُ السطحيةُ الناتجةُ عنْ مياهِ الأمطارِ Surface Water Forms Resulting from Rainwater

• تجري مياهُ الأمطارِ على سطحِ الأرضِ بعدَ تساقطِها؛ فتعملُ على حتِّ الصخورِ وتعريتِها مكوِّنةً قنواتٍ ومنخفضاتٍ تتجمَّعُ فيها مياهُ الأمطار.
• بتكرارِ هذهِ العملياتِ معَ الزمنِ ستتكوَّنُ الأنهارُ والجداولُ والسيولُ.
• تُسمّى المساحةُ منَ الأرضِ التي تتجمَّعُ فيها المياهُ السطحيةُ الناتجةُ عنْ تساقطِ الأمطارِ عندَ نقطةٍ واحدةٍ منخفضةِ الارتفاعِ الأحواضَ المائيةَ السطحيةَ Surface Water Basins .
• تلتقي المياهُ المتجمِّعةُ معَ كتلةٍ مائيةٍ أخرى عندَ مخرجِ حوضِ الترسيبِ في جسمٍ مائيٍّ مثلَ النهرِ، أوِ البحيرةِ، أوْ أيِّ مسطَّحٍ مائيٍّ آخرَ
• يفصلُ بينَ كلِّ حوضٍ مائيٍّ والحوضِ الذي يجاورُهُ فاصلٌ يُسمّى خطَّ تقسيمِ المياهِ.
• يعتمدُ شكلُ الحوضِ على عواملَ عدّةٍ منْها: كميةُ الأمطارِ الساقطةِ، ونوعُ الصخورِ التي تمرُّ فوقَها المياهُ، والغطاءُ النباتيُّ المتوافرُ في المنطقةِ، ونوعُ التراكيبِ الجيولوجيةِ للمنطقةِ الموجودةِ مثلَ الصدوعِ والطيّاتِ.

                                                          

أتحقّق: أوضِّحُ المقصودَ بالحوضِ المائيِّ السطحيِّ.

يعرف الحوض المائي السطحي على أنه المساحة من الأرض التي تتقارب وتتجمّع فيها المياه السطحية الناتجة عن هطول الأمطار عند نقطة واحدة منخفضة الارتفاع.

 

أصِفُ شكلَ الحوضِ المائيِّ السطحيِّ.

منطقة منخفضة تتجمّع فيها مياه الجداول والأنهار.