مجاري تعمل بالجاذبية

المجاري الجاذبية هي قنوات تستخدم الطاقة الناتجة عن اختلاف الارتفاع لإزالة المياه غير المرغوب فيها. يشير مصطلح "المجاري" إلى إزالة مياه الصرف الصحي أو مياه الجريان السطحي ، وليس المياه المخصصة للاستخدام؛ ^{[ 1 ]} ويستثني مصطلح "الجاذبية" حركة المياه الناتجة عن أنابيب الضغط أو المجاري المفرغة . معظم المجاري هي مجاري جاذبية لأن الجاذبية توفر حركة مياه موثوقة دون تكاليف طاقة حيثما تكون الانحدارات مناسبة. قد تصب المجاري الجاذبية في أحواض تجميع حيث يلزم الضخ إما لدفع مياه الصرف الصحي إلى موقع بعيد أو لرفعها إلى ارتفاع أعلى لدخولها إلى مجاري جاذبية أخرى، وغالبًا ما تكون محطات الرفع ضرورية لرفع مياه الصرف الصحي إلى محطات معالجة مياه الصرف الصحي . يمكن أن تكون المجاري الجاذبية إما مجاري صحية ، أو مجاري مختلطة ، أو مجاري تصريف مياه الأمطار ، أو مجاري تصريف مياه الصرف .

عادةً ما تُشابه أنظمة الصرف الصحي بالجاذبية نمط جريان المياه السطحية الإقليمي، حيث تستقبل مجاري رئيسية كبيرة في كل وادٍ التدفق من مجاري فرعية أصغر تمتد على سفوح التلال. تتطلب أنظمة الصرف الصحي في المناطق المستوية نسبيًا تخطيطًا دقيقًا وبناءً متقنًا لتقليل فقد الطاقة في حالات السقوط الحر، والانحناءات الحادة، أو التقاطعات المضطربة. يجب أن يشهد كل جزء من المجاري سرعة دنيا كافية للحفاظ على المواد الصلبة معلقة وتجنب الانسداد الناتج عن ترسبها في المناطق منخفضة السرعة. أما المجاري في المناطق الجبلية، فقد تتطلب خصائص لتبديد الطاقة لتجنب تلفها بسبب سرعات السوائل العالية وتأثيرات التآكل التي تُحدثها المواد الصلبة الخشنة في التدفق المضطرب . تُدفن المجاري المغطاة تحت خط الصقيع لتجنب التجمد، وعلى عمق كافٍ لاستقبال التدفق بالجاذبية من مصادر مياه الصرف الصحي المتوقعة. ^{[ 2 ]} قد تتطلب مجاري الصرف الصحي الطويلة بالجاذبية أعماق حفر كبيرة أو أنفاقًا للحفاظ على انحدارات مقبولة بالقرب من مخرج المجاري.

يُتيح توفر المضخات الموثوقة رفع تجمعات المياه إلى شبكات الصرف الصحي بالجاذبية من أحواض التجميع في مواقع الحفر، مثل المناجم أو أساسات المباني، إلا أن تكلفة ضخ مياه الأمطار السطحية تُثني عن استخدام محطات الرفع في مصارف مياه الأمطار أو شبكات الصرف الصحي المختلطة. عادةً ما تُبرر التكلفة الرأسمالية لتشغيل وصيانة محطات الرفع ومصادر الطاقة الاحتياطية التكلفة الأولية الباهظة للحفر أو حفر الأنفاق لإنشاء شبكة صرف صحي بالجاذبية. ^{[ 3 ]} تكون معالجة مياه الصرف الصحي أكثر كفاءة في المواقع المركزية؛ وغالبًا ما يكون الضخ ضروريًا لرفع مياه الصرف الصحي من المناطق المنخفضة إلى مدخل محطة المعالجة . تسمح هياكل تُسمى منظمات التدفق بتدفق الفائض إلى شبكات الصرف الصحي بالجاذبية عندما يتجاوز ذروة التدفق في شبكات الصرف الصحي المختلطة قدرة الضخ. ^{[ 4 ]} تُفضل شبكات الصرف الصحي لضخ مياه الصرف الصحي بكفاءة من حيث التكلفة عند الحاجة إلى المعالجة. تُفضل شبكات الصرف الصحي بالجاذبية في المناطق ذات الانحدارات المناسبة، ولكن غالبًا ما تنقل محطات الرفع مياه الصرف الصحي إلى محطات المعالجة.

تتميز مجاري الصرف الصحي المفرغة من الهواء بضغط سلبي دائم؛ وبفضل التحسينات في التكنولوجيا، أصبحت أكثر قابلية للمقارنة مع مجاري الصرف الصحي التي تعمل بالجاذبية من حيث تكاليف التشغيل والصيانة، كما أنها أرخص في التركيب. ^{[ 5 ]}

كانت المجاري الأولى عبارة عن خنادق لتصريف المياه الراكدة من المناطق الموحلة حيث كانت الأرض الجافة مفضلة للأنشطة البشرية. وقد أدت المجاري الأولى وظيفة مشابهة لمصارف مياه الأمطار الحديثة (والتي تُسمى أحيانًا مجاري تصريف مياه الأمطار). وتطورت المجاري المختلطة من ممارسة استخدام التدفق في خنادق الصرف القديمة لإزالة النفايات الأخرى، بما في ذلك روث حيوانات الجر . ^{[ 1 ]} أصبحت المجاري كريهة الرائحة مع ازدياد تركيز النفايات في المجتمعات ذات الكثافة السكانية العالية. وتم تركيب قنوات تصريف لتغطية السوائل الكريهة الرائحة. واستخدمت المجتمعات المزدهرة البناء بالطوب والحجارة لتغطية المجاري الأولى. كما استُخدمت أنابيب الطين المحروق للمجاري ذات الحجم المنخفض. ^{[ 6 ]} ويُطلق على الجزء من المجاري الذي يصب في مسطح مائي طبيعي اسم المصب . ^{[ 7 ]}

أدت الثورة الصناعية إلى زيادة الكثافة السكانية في المناطق الصناعية، ووفرت أنابيب مفيدة لأنظمة تصريف مياه الصرف الصحي من المباني إلى شبكات الصرف الصحي. وقد تم تجميع شبكات الصرف الصحي بالجاذبية من أنابيب الحديد الزهر ، وأنابيب الطين المزجج ، وأنابيب الخرسانة مسبقة الصب ، وأنابيب الأسمنت الأسبستي ، والأنابيب البلاستيكية . ^{[ 8 ]} وبينما لا تزال بعض شبكات الصرف الصحي القديمة المبنية من الطوب قيد الاستخدام، فإن شبكات الصرف الصحي الجديدة التي يزيد قطرها عن متر واحد (39 بوصة) تستخدم عادةً الخرسانة المسلحة . ويمكن استخدام الأنابيب المعدنية المموجة لتصريف مياه الأمطار أو مياه الصرف الصحي مع انخفاض مماثل في خطر التآكل. ^{[ 9 ]} وقد يكون للمقاطع العرضية غير الدائرية مزايا لشبكات الصرف الصحي ذات الأقطار الكبيرة. ^{[ 10 ]}