قناة تصريف المياه الحيوية

القنوات الحيوية هي قنوات مصممة لتركيز مياه الأمطار ونقلها مع إزالة الحطام والتلوث . كما يمكن أن تكون القنوات الحيوية مفيدة في إعادة تغذية المياه الجوفية ، والحد من الفيضانات والتآكل، وخلق بيئة قيّمة للملقحات. ^{[ 1 ]}

تُغطى المصارف الحيوية عادةً بالنباتات أو النشارة أو تُصمم وفقًا لمبادئ تنسيق الحدائق الجافة . ^{[ 2 ]} وهي عبارة عن قناة تصريف ذات جوانب منحدرة انحدارًا طفيفًا (أقل من 6%). ^{[ 3 ] : 19} يهدف تصميم المصارف الحيوية إلى زيادة مدة بقاء المياه فيها بأمان ، مما يُساعد على جمع الملوثات والطمي والحطام وإزالتها. وبحسب تضاريس الموقع، قد تكون قناة المصرف الحيوي مستقيمة أو متعرجة. كما تُضاف عادةً سدود صغيرة على طول المصرف الحيوي لزيادة تسرب مياه الأمطار. ويمكن أن تتأثر مكونات المصرف الحيوي بالعديد من المتغيرات، بما في ذلك المناخ، وأنماط هطول الأمطار، وحجم الموقع، والميزانية، ومدى ملاءمة الغطاء النباتي.

من المهم صيانة المصارف الحيوية لضمان أعلى كفاءة وفعالية ممكنة في إزالة الملوثات من مياه الأمطار. يُعدّ التخطيط للصيانة خطوة أساسية، وقد يشمل ذلك تركيب مرشحات أو صخور كبيرة لمنع الانسداد. كما تُعدّ الصيانة السنوية، من خلال فحص التربة والفحص البصري والاختبارات الميكانيكية، ضرورية لصحة المصارف الحيوية.

تُستخدم المصارف الحيوية عادةً على طول الشوارع وحول مواقف السيارات ، حيث تتراكم كميات كبيرة من ملوثات السيارات على الرصيف ويتم غسلها مع أول هطول للأمطار . ويمكن إنشاء المصارف الحيوية، أو أنواع أخرى من المرشحات الحيوية ، حول حواف مواقف السيارات لالتقاط مياه الأمطار ومعالجتها قبل تصريفها إلى مستجمعات المياه أو شبكة الصرف الصحي .

تعمل المصارف الحيوية على إزالة الملوثات من خلال الغطاء النباتي والتربة. ^{[ 4 ]} فعندما تتدفق مياه الأمطار عبر المصرف الحيوي، يتم التقاط الملوثات وترسيبها بواسطة أوراق وسيقان النباتات. ثم تدخل الملوثات إلى التربة حيث تتحلل أو يمكن أن تتحلل بواسطة البكتيريا الموجودة في التربة الصحية. ^{[ 5 ]}

توجد عدة فئات من ملوثات المياه التي يمكن جمعها أو احتجازها باستخدام المصارف الحيوية. وتندرج هذه الملوثات ضمن فئات الطمي، والملوثات غير العضوية، والمواد الكيميائية العضوية، ومسببات الأمراض . ^{[ 6 ]}

• الطمي. تُبطئ طريقة بناء المصارف الحيوية والنباتات من انتقال الطمي وتقلل من عكارة المياه المستقبلة. ويمكن إنشاء مرشحات لالتقاط الحطام والطمي أثناء هذه العملية. ^{[ 7 ]}
• المواد العضوية. تتبخر أو تتحلل العديد من الملوثات العضوية، بما في ذلك الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات، بمرور الوقت، وتعمل المصارف الحيوية على إبطاء انتقال هذه المواد إلى المجاري المائية، قبل أن تؤثر على الحياة المائية. ورغم أنه لا يتم احتجاز جميع المواد العضوية، إلا أن تركيزها ينخفض ​​بشكل كبير بفضل المصارف الحيوية. ^{[ 6 ]}
• تُحرم مسببات الأمراض من العائل أو من إمدادات المغذيات لفترة كافية لتصبح هدفًا للكائنات غيرية التغذية . ^{[ 8 ]}
• تشمل المركبات غير العضوية الشائعة المغذيات الكبرى مثل الفوسفات والنترات . وتأتي المصادر الرئيسية لهذه المغذيات من جريان المياه الزراعية الناتج عن الإفراط في التسميد. ويمكن أن يؤدي فائض الفوسفات والنترات إلى ظاهرة التخثث في مناطق التخلص من النفايات والمياه المستقبلة لها. وتمتص بعض محطات معالجة المياه الحيوية هذه المغذيات الزائدة. ^{[ 9 ]}
• تتركز المركبات المعدنية ، مثل الزئبق والرصاص والكروم والكادميوم وغيرها من المعادن الثقيلة ، في هذه المنشآت. وللأسف، تُسمم هذه المعادن التربة المحيطة بها ببطء. لذا، يلزم إزالة التربة بانتظام لمنع ذوبان المعادن وعودتها إلى البيئة. صُممت بعض المصارف الحيوية لتضم أنواعًا من النباتات فائقة التراكم ، حيث تمتص هذه النباتات المعادن دون تحويلها. غالبًا ما تتحلل قصاصات هذه النباتات عائدةً إلى البركة، أو تُقصّ من قِبل شركات البستنة التي لا تعلم أن السماد الذي تجمعه سام. ^{[ 10 ]}

يمكن إنشاء المصارف الحيوية في المناطق التي تتطلب إدارة مياه الأمطار لتنظيم سرعة جريانها وتطهيرها. صُممت هذه المصارف لاستيعاب التدفق الأولي للملوثات أثناء هطول الأمطار، لذا فإن المواقع ذات المساحات الكبيرة من الأسطح غير المنفذة للماء ، مثل الطرق ومواقف السيارات والأسطح، تستفيد من إضافة هذه المصارف. كما يمكن دمجها في الجزر الوسطية للطرق، وفتحات الأرصفة، والممرات، أو أي مساحة عامة. ^{[ 11 ]}

تُعدّ المصارف الحيوية وسيلةً فعّالةً لتطوير الأراضي ذات التأثير المنخفض ، حيث تُقلّل من سرعة جريان مياه الأمطار وتُزيل الملوثات منها. وهي بالغة الأهمية في حماية المياه السطحية والمجاري المائية المحلية من التلوث المفرط الناتج عن جريان مياه الأمطار. وكلما طالت مدة بقاء مياه الأمطار داخل المصرف الحيوي، كان ذلك أفضل في إزالة الملوثات. كما أنها تُسهم في إزالة البرك الراكدة التي قد تجذب البعوض. ويمكن تصميم المصارف الحيوية لتكون جذابةً من الناحية الجمالية، فتجذب الحيوانات وتُهيّئ لها بيئاتٍ مناسبة. كما تُسهم المصارف الحيوية في تغذية المياه الجوفية . ^{[ 12 ]}

قد يؤدي سوء الصيانة إلى ارتفاع تكاليف ترميم المصارف الحيوية غير الفعالة. فتراكم الرواسب الكبيرة والنفايات والنمو غير السليم للنباتات كلها عوامل تؤثر على جودة المصارف الحيوية وأدائها. ومن المفيد في مراحل التخطيط تخصيص مساحات مخصصة لتسهيل صيانة المصارف الحيوية، سواءً بتوفير مساحة كافية لوضع الآلات أو لضمان سلامة العاملين. ويمكن استخدام أنواع مختلفة من المرشحات لحجز الرواسب، كشرائط الترشيح العشبية أو مداخل الصخور لتصفية الرواسب والجسيمات؛ إلا أنه بدون صيانة مناسبة، قد يتدفق الجريان السطحي بعيدًا عن المصارف الحيوية بسبب الانسداد. وقد أصبحت المداخل الهيكلية أكثر شيوعًا نظرًا لسهولة صيانتها واستخدامها وفعاليتها. ويضمن تجنب استخدام النشارة العائمة واختيار النباتات الأنسب قليلة الصيانة كفاءة أفضل في المصارف الحيوية. ^{[ 13 ]} وبناءً على احتياجات المجتمع من المصارف الحيوية، يمكن وضع برنامج تقييم من أربع خطوات. يُعد الفحص البصري واختبار السعة والجريان السطحي الاصطناعي والمراقبة الخطوات الأربع التي يمكن استخدامها لتقييم أداء وصيانة المصارف الحيوية. ^{[ 14 ]}

يُعدّ الفحص الدوري ضروريًا لضمان عدم تأثر أداء ومظهر المصارف الحيوية. يختلف توقيت وتواتر عمليات الفحص باختلاف الحكومات المحلية، ولكن ينبغي إجراؤها مرة واحدة على الأقل سنويًا. يمكن إجراء الفحص على جوانب مختلفة، إما بصريًا أو ميكانيكيًا. تُعدّ الملاحظة البصرية للنباتات والمياه والمداخل أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء. تستخدم بعض المنظمات قوائم مراجعة لتبسيط عملية الفحص البصري. ^{[ 14 ]}

توجد طرق مختلفة لتحديد ما إذا كانت قنوات التصريف الحيوي بحاجة إلى صيانة. تُقاس هذه القنوات وفقًا لمعايير محددة لضمان مستوى تسرب معين، وذلك لتحديد الحاجة إلى الصيانة. يُستخدم مقياس خاص لقياس معدل التسرب. كما يُجرى اختبار كيميائي للتربة لتحديد ما إذا كانت تحتوي على مستويات غير طبيعية من أي ملوث. يُعد الفوسفور وارتفاع نسبة الملوحة في التربة من الملوثات الشائعة التي يجب معالجتها. يُعد تحليل تركيز الملوثات في التدفق الداخل والخارج طريقة أخرى لتحديد مستوى أداء قنوات التصريف الحيوي. ^{[ 13 ]}

قد تشمل الصيانة ثلاثة مستويات مختلفة من الرعاية. الصيانة التجميلية ضرورية لإزالة الأعشاب الضارة التي تؤثر على نمو النباتات الأخرى وعلى المجرى الحيوي نفسه، وتنظيفه وإزالة النفايات، والحفاظ على مظهر الغطاء النباتي. أما الترميم الجزئي فيكون مطلوبًا عندما يكون المدخل مسدودًا بالرواسب أو عندما يحتاج الغطاء النباتي إلى الاستبدال. بينما يكون الترميم الكامل ضروريًا عندما لا يعود المجرى الحيوي قادرًا على ترشيح الملوثات بشكل كافٍ، وعندما يكون أداؤه العام ضعيفًا للغاية. ^{[ 13 ]}

تتعرض المصارف الحيوية لفترات قصيرة، قد تكون شديدة، من الأمطار والفيضانات وتراكم الملوثات، تليها مواسم جفاف. من المهم مراعاة كيفية نمو النباتات المختارة لهذه المصارف، وفهم أنواع النباتات الأنسب لها. ^{[ 13 ]}

توجد أربعة أنواع من المصارف الحيوية التي يمكن إنشاؤها بناءً على احتياجات الموقع. ^{[ 15 ]}

• تستخدم المصارف الحيوية ذات العشب القصير أنواعًا من العشب القصير الذي يمكن تنسيقه، على غرار المروج. وتميل هذه الأنواع من المصارف الحيوية إلى أن تكون أقل فعالية من المصارف الحيوية المزروعة بالنباتات في معالجة مياه الأمطار والحفاظ على فترة تجميع كافية.
• تُنشأ المصارف الحيوية النباتية باستخدام نباتات طويلة، ونباتات زينة، وشجيرات، وحتى أشجار. ويمكن تبطين هذه المصارف بالصخور لإبطاء سرعة جريان مياه الأمطار المتدفقة عبرها، مما يزيد من وقت تجميعها لتطهيرها. كما يمكن أن تشمل المصارف الحيوية النباتية نباتات ذات فعالية عالية في إزالة بعض المواد الكيميائية من مياه الجريان السطحي بكفاءة فائقة.
• تُعدّ المصارف الحيوية منخفضة استهلاك المياه مفيدة في المناطق ذات المناخ الجاف والحار. وتمتلئ هذه المصارف بمياه الأمطار عادةً بعد هطول الأمطار والعواصف، وتبقى جافة في غير ذلك.
• تشبه المصارف الحيوية الرطبة الأراضي الرطبة حيث تحتفظ بالماء لفترة أطول بكثير مما يسمح بتسرب مياه الأمطار بدلاً من مجرد تصريف المياه في نهاية المصرف الحيوي إلى مداخل تصريف مياه الأمطار.

تتطلب المصارف الحيوية تركيبة تربة محددة لا تتجاوز نسبة الطين فيها 5%. ويجب أن تكون التربة نفسها خالية من التلوث قبل إنشائها. ينبغي بناء المصارف الحيوية بميل طولي يسمح بترسيب الرواسب، ويبلغ أقصى ميل لها 3:1. كما يلزم توفير مساحة كافية لضمان عدم تضرر البنية التحتية الأخرى. يجب أن يكون مصرف الفائض على ارتفاع 15 سم على الأقل فوق سطح الأرض لضمان أقصى تركيز لمياه الأمطار في المصارف الحيوية. ويمكن استخدام الصخور لإبطاء سرعة الجريان السطحي. ويُعد استخدام المرشحات ضروريًا لمنع انسداد المداخل بالرواسب أو النفايات. ^{[ 11 ]}

يوجد مثالان مبكران على تصميم المصارف الحيوية علميًا لتطبيقات واسعة النطاق في غرب الولايات المتحدة. ففي عام 1996، في منتزه نهر ويلاميت في بورتلاند، أوريغون ، صُمم ونُصب ما مجموعه 2330 قدمًا طوليًا من المصارف الحيوية لالتقاط ومنع جريان الملوثات من الوصول إلى نهر ويلاميت . كما نُصبت سدود تحكم متقطعة لتعزيز التقاط الطمي، مما أدى إلى خفض المواد الصلبة العالقة التي تدخل نظام النهر بنسبة 50%. ^{[ 16 ]}

يُعدّ مجمع كارنيروس للأعمال في مقاطعة سونوما بولاية كاليفورنيا مثالًا ثانيًا على تصميم قناة تصريف بيولوجية واسعة النطاق . ففي عام ١٩٩٧، عمل فريق تصميم المشروع مع إدارة الأسماك والصيد في كاليفورنيا ومقاطعة سونوما لوضع تصميم مُفصّل لتوجيه مياه الجريان السطحي على محيط موقف سيارات كبير. ويتكوّن الجريان السطحي من مياه أسطح المباني، ومياه مواقف السيارات، والجريان السطحي من العقارات الواقعة شمال موقع المشروع. وقد صُمّمت قناة تصريف بيولوجية بطول ميلين طوليين ضمن المشروع. وكان الهدف من هذه القناة هو تقليل ملوثات الجريان السطحي من الوصول إلى جدول سونوما . وتُبطّن قناة التصريف البيولوجي بالعشب، وهي شبه خطية الشكل. ويبلغ انحدارها نحو الأسفل حوالي ٤٪، وانحدارها العرضي حوالي ٦٪. ^{[ ١٧ ]}

من المشاريع الحديثة نسبيًا مشروع "بدائل حواف الشوارع" (SEA) في سياتل، واشنطن ، والذي اكتمل عام ٢٠٠١. وبدلًا من استخدام الأنابيب التقليدية، هدف مشروع SEA إلى إنشاء منظر طبيعي يعكس شكل المنطقة قبل التطوير العمراني. تميز الشارع بنفاذية أعلى بنسبة ١١٪ من الشوارع العادية، واشتمل على أشجار دائمة الخضرة ومصارف حيوية. زُرعت المصارف الحيوية على منحدرات متدرجة بنباتات الأراضي الرطبة والمرتفعة. كما ركزت أعمال تنسيق الحدائق الأخرى على النباتات المحلية والنباتات الملائمة لسمك السلمون. قدم مشروع SEA فائدة كبيرة في الحد من جريان مياه الأمطار، مما ساهم في حماية النظام البيئي لجداول سياتل. كما أضفى الشارع المُنشأ على الموقع جاذبيةً وجمالًا أكثر مقارنةً بتنسيق الحدائق التقليدي. ^{[ ١٨ ]}

أنشأت إدارة حماية البيئة بمدينة نيويورك (NYC DEP) أكثر من 11,000 قناة تصريف مياه الأمطار على جوانب الطرق، والتي تُعرف باسم "حدائق المطر". ^{[ 19 ]} تُنشأ حدائق المطر في جميع أنحاء المدينة لإدارة مياه الأمطار وتحسين جودة المياه في المجاري المائية بالمدينة. ^{[ 20 ]} تتم رعاية حدائق المطر وصيانتها بالشراكة بين إدارة حماية البيئة بمدينة نيويورك ومجموعة من المتطوعين من المواطنين يُطلق عليهم اسم "حماة الموانئ". تُفحص حدائق المطر وتُنظف مرة واحدة على الأقل أسبوعيًا. ^{[ 21 ]}

في الزراعة المستدامة ، تُستخدم القنوات المائية لحصاد المياه . ^{[ 22 ] [ 23 ]}

• الاحتفاظ الحيوي
• الأراضي الرطبة المُنشأة
• البنية التحتية الخضراء
• التخطيط الحضري الأخضر
• تسلل
• حدائق المطر
• المنطقة النهرية
• تلوث التربة
• مياه الأمطار
• نظام تصريف مستدام
• جريان المياه السطحية في المناطق الحضرية
• التصميم الحضري المراعي للمياه

• دليل موارد مكافحة تغير المناخ من خلال هندسة المناظر الطبيعية
• التصميم السكني المستدام: تحسين كفاءة استخدام المياه
• شياو، تشينغفو؛ ماكفرسون، إي. غريغوري (2011). "أداء التربة والأشجار المُهندسة في قناة تصريف بيولوجية لموقف سيارات". مجلة المياه الحضرية . 8 (4): 241-253 . Bibcode : 2011UrbWJ...8..241X . doi : 10.1080/1573062X.2011.596213 . S2CID 17859768 .