המחקר ההידרולוגי

מתוך אנציקלופדיה, המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית

קפיצה אל: ניווט, חיפוש

הידרולוגיה קלאסית: מחזור המים בטבע נחקר במסגרת תחומים מדעיים שונים: מטאורולוגיה, אוקיינוגרפיה, לימונולוגיה, גליציולוגיה, והידרולוגיה. המטאורולוגים חוקרים את התהליכים המתרחשים באטמוספרה, ובכללם: התאדות, היווצרות העננים, תופעות מזג האוויר וירידת המשקעים. האוקיינוגרפים עוסקים בתהליכים המתרחשים באוקיינוסים, ובכללם: זרמי המים, ריאקציות הכימיות, השתנות הטמפרטורות, והתפתחות היצורים החיים במים. הלימונולוגים עוסקים בתהליכים המתרחשים באגמים. בדומה לתהליכים המתרחשים באוקיינוסים, אם כי בקנה מידה קטן יותר. הגליציולוגים עוסקים בתהליכים המתרחשים בקרחונים, ובכללם: הרכבם, תכונתם, תנועתם, והשפעתם על הנוף. ההידרולוגיים עוסקים בתהליכים המתרחשים לאורך מסלול זרימת המים ביבשה, הן על פני השטח והן מתחת לפני השטח. בפרק זה נתמקד בעיקר במחקר ההידרולוגי מכיוון שהוא הדיסציפלינה המדעית העיקרית שבאמצעותה ניתן להעריך את משאבי המים הזמינים לאדם. ההידרולוגים עוסקים בעיקר בשלושה תחומים: במחקר המדעי, בפתרון בעיות אספקת מים, בפתרון בעיות זיהום מים. כל אחד מהתחומים מפורט להלן.

התחום הראשון הוא המחקר המדעי (התיאורטי והיישומי גם יחד). המחקר ההידרולוגי הוא מעצם טבעו מחקר בין תחומי, הדורש שילוב תיאוריות ושיטות עבודה מתחומי הפיזיקה, הכימיה, הביולוגיה והגיאולוגיה. אי אפשר לחשב את קצב שאיבת מי תהום בבאר בלי הבנה פיזיקאלית על מידת ההתנגדות לזרימת המים בתוך מערכת הנקבובים שבסלעים. אי אפשר לחזות את סכנת זיהום המים בלי הידע הכימי על תכונות החומרים המזהמים, התגובות האופייניות להם הוא מידת עמידותם. אי אפשר להבין את השינויים העונתיים באיכות מי אגמים בל הידע הביולוגי על היצורים החיים במים, שרשרת המזון, יחסי טורף ניטרף והתנודות בזמן הופעתם. אי אפשר לתכנן קידוח של באר מים בלי ידע גיאולוגי על מבנה שכבות הסלע שאגורים בהם המים ועל התכונות ההידראוליות של הסלע. דוגמאות אלו ממחישות את ההיבטים המעשיים של המחקר ההידרולוגי, המשפיעים על אספקת המים בחיי היום יום. למחקר ההידרולוגי יש משמעות מעשית נוספות בהקשר לתהליכים גיאוכמיים, גיאופיזיים וגיאומורפולוגיים. עם זאת המחקר ההידרולוגי הוא לפעמים תיאורטי לחלוטין ומצטמצם בניסוח משוואות או בהגדרת תהליכים ומנגנונים.

התחום השני של המחקר ההידרולוגי הוא פיתרון בעיות אספקת מים. לצורך המחשה, נניח שמדינה מסוימת מעוניינת בפיתוח ההתיישבות באזור חדש ובלתי מוכר. הידרולוג יקרא כדי לאתר את משאבי המים באותו המקום, כדי להעריך את הפוטנציאל שלהם וכדי לתכנן את פיתוח מערכת השאיבה וההספקה של המים. כשאין בנמצא אגם או נהר הראויים לניצול ויהיה צורך בבדיקת האפשרות לניצול מי התהום, יתחיל ההידרולוג את עבודתו בלימוד המבנה הגיאולוגי של האזור באמצעות מפות, צילומי אוויר וסיורים. במסגרת זו, הוא עשוי לקדוח כמה קידוחים,לסוף דוגמאות סלעים מעומקים שונים של הקידוח ולעשות בהם בדיקות מעבדה. אם אותרו שכבות סלע המכילות מי תהום וראויות להפקה הוא יעבור אל השלב הבא ובו יהיה עליו לקבוע את פוטנציאל המאגר. ההידרולוג יקדח כמה בארות אל שכבת היעד וינסה לשאוב מי תהום בבארות ובסביבתן הוא יערוך מבחנים ומדידות כדי להעריך את התכונות ההידראוליות של האקווה. אם יתברר שקיים מאגר מים העשוי לספק את הדרישות לפיתוח ההתיישבות, הוא יעבור אל השלב הבא של תכנון שדות הפקה, ובסיוע חברות הנדסה ייבנו מערכות של שאיבה, של הובלה, של אגירה וחלוקה, ובמידת הצורך אף מערכות טיפול במים טרם אספקתם לצרכנים. לכשתושלם משימת הפיתוח, יהיה על ההידרולוג לבצע ניטור שוטף ולעקוב אחר שינויים במפלס מי התהום ובאיכות המים.

התחום השלישי של ההידרולוגיה, פתרון בעיות זיהום מים, הוא תחום שהתפתח יחסית בשלב מאוחר יותר רק שגברה דיה המודעות לבעיות איכות הסביבה. ההידרולוג עשוי להתריע על מקורות מים העומדים בפני סכנת זיהום, לעקוב לאחר התפשטות הזיהום כשמאגרי המים כבר זוהמו, או לתכנן את שיקומם של המאגרים המזוהמים. תחילה ייאספו דוגמאות מים מאתרים שונים (נהרות, מעיינות וקידוחים) בשמנים שונים ואחר כך תיקבע איכותם במעבדה (לפי ריכוז המומסים השונים). אם מקור הזיהום אינו ברור ההידרולוג עשוי לאתר אותו באמצעות שחזור תנועת המזהמים במשך הזמן. במידה הצורך ההידרולוג יכול לחזות את המשך תנועת המזהמים ואת קצב התפשטותם בזמן ובמרחב ואת מידת הסכנה הנשקפת לבארות שאיבה סמוכות. אם מעוניינים בשיקום האתר המזוהם, יתכנן ההידרולוג את מיקום בארות השאיבה, קצב השאיבה, הזמן הדרוש לסילוק המזהמים והטיפול במים הנשאבים.

במשך שנים רבות נהוג היה לחלק את מדע ההידרולוגיה לשני תחומים ראשיים: הידרולוגיה של מים עיליים והידרולוגיה של מי תהום, ועבור כל תחום נכתבו ספרי לימוד נפרדים. החיבורים המקיפים והעדכניים המומלצים בהידרולוגיה של מי תהום הם: Fetter, ו - 1994; Freeze And Cherry, 1979, Domenico And Schwartz, 1998 והחיבורים המומלצים בהידרולוגיה של מים עיליים הם: Bedient And Huber, 1992 Viessman ו - And Lewis, 1996.


ניהול משאבי מים: בין הציביליזציה האנושית לבין מקורות המים מתקיימים יחסי גומלין מסוגים שונים. בני האדם משתמשים במים לצרכים רבים וכך מעלים את רמת חייהם, אך בו בזמן הם פוגעים במקורות המים הטבעיים ובעקיפין פוגעים בעצמם. כאמור, המים הם משאב במחסור ואינם מספיקים לכל הצרכנים. התוצאה הבלתי נמנעת היא שגורמים אינטרסנטיים רבים מעוניינים לקבוע את הקיף השימוש ואת צורת השימוש במים. המים האם איפה מוקד התנגשות של אינטרסים פוליטיים, כלכליים וחברתיים, ועליהם מתקיימים מאבקים בין בעלי חזקה לשימוש במים, בין קבוצות שונות של אזרחים, בין מדינה אחת לרעותה, או בין ממשלות לבין ארגונים בין לאומיים.

הנושאים העומדים במוקדי המאבקים הם: אספקת מים בכמות הדרושה ובאיכות הרצויה לתושבי העיר והכפר, היקף ההשקיה בחקלאות, שימוש במים לתעשייה, שימוש במים להפקת אנרגיה הידרואלקטרית, שימוש במים למטרות תיירות ונופש, שימור הסביבה הטבעית (שמורות טבע וכד'), קביעת תקני איכות למי שתייה, טיפול בשיור איכות המים המסופקים לצרכנים, תחזוקה שוטפת של מערכות אספקת מים, סילוק שפכים והטיפול בהם, הטיית מים מאגן היקוות אחד למשנהו או ממדינה אחת לאחרת, הקמת סכרים למניעת השיטפונות ועוד.

פעמים רבות נפגעת הסביבה בעקבות התפתחות הציביליזציה וניצול משאבי המים. הפגיעה באה לידי ביטוי באופנים שונים: זיהום מקורות המים, זיהום חופים וימים, המלחת קרקעות, מדבור, התפשטות מחלות ומגפות, הכחדות בעלי חיים וצמחים נדירים ועוד. הקצאת משאבי המים למטרות שונות ולצרכנים שונים, הן בתנאים רגילים והן בתנאי מחסור, גם לדור הנוכחי וגם לדורות הבאים, דורש שיתוף פעולה בין הארגונים ובין המדינות ודורש יצירת מנגנונים (ניהוליים או משפטיים) ברמות שונות כדי לפתור סכסוכים. עם זאת דרושה הבנה יסודית של התהליכים המתרחשים במאגי המים ובסביבתם האקולוגית כדי שניתן יהיה להעריך כראוי את השפעתן של הפועלות השונות על הסביבה ועל יכולת ניצול מקורות המים בהווה ובעתיד. כמובן, אי אפשר להעדיף את שימור הסביבה האקולוגית כשהיא פוגעת בקיום האנושי. מציאת שביל הזהב שלפיו יוכלו גם המדינות המתפתחות להעלות את רמת החיים של תושביהם, בדומה למדינות המפותחות, ובו בזמן למזער את הפגיעה בסביבה האקולוגית היא משימה קשה ומורכבת הדורשת מחקר והסברה כאחד. המושג פיתוח בר-קיימא, שלפיו ניתן לפתח את הציביליזציה אך מבלי להשחית את המשאבים הטבעיים עבור הדורות הבאים, הוא המפתח לקיום האנושות בעתיד.

נושא זה נחקר במכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים http://earth.huji.ac.il

כלים אישיים