مصارف مياه الأمطار

يوجد نوعان رئيسيان من مداخل تصريف مياه الأمطار (مصارف الطرق أو مجاري تصريف مياه الأمطار في المملكة المتحدة): المداخل الجانبية والمداخل الشبكية. تقع المداخل الجانبية بجوار حافة الرصيف وتعتمد على قدرة الفتحة الموجودة أسفل الحجر الخلفي أو العتبة على تجميع المياه. وعادةً ما تكون منخفضة عند قاع القناة لتحسين قدرتها على التجميع. ^{[ 4 ]}

تحتوي العديد من مصارف مياه الأمطار على شبكات لمنع سقوط الأشخاص والمركبات والأجسام الكبيرة والحطام فيها. تُباعد قضبان هذه الشبكات بحيث لا تعيق تدفق المياه، ولكن يمكن للرواسب والعديد من الأجسام الصغيرة أن تسقط من خلالها أيضًا. مع ذلك، إذا كانت المسافة بين قضبان الشبكة كبيرة جدًا، فقد تُشكل الفتحات خطرًا على المشاة وراكبي الدراجات وغيرهم في المنطقة. تُعدّ الشبكات ذات الفتحات الطويلة الضيقة الموازية لحركة المرور مصدر قلق خاص لراكبي الدراجات، إذ قد تعلق العجلة الأمامية للدراجة، مما قد يتسبب في سقوط الراكب أو فقدانه السيطرة عليها. يجب أن تكون مصارف مياه الأمطار في الشوارع ومواقف السيارات قوية بما يكفي لتحمل وزن المركبات، وغالبًا ما تُصنع من الحديد الزهر أو الخرسانة المسلحة.

قد تستقر بعض الرواسب الثقيلة والأجسام الصغيرة في حوض تجميع، أو ما يُعرف بالحوض التجميعي، والذي يقع أسفل المخرج مباشرةً، حيث يفيض الماء من أعلى خزان الحوض التجميعي إلى شبكة الصرف الصحي الرئيسية. ويؤدي حوض التجميع وظيفة مشابهة لوظيفة "المصيدة" في شبكة الصرف الصحي المنزلية ، حيث يقوم باحتجاز الأجسام.

في الولايات المتحدة، على عكس مصائد الصرف الصحي، لا تمنع أحواض التجميع بالضرورة تسرب غازات المجاري مثل كبريتيد الهيدروجين والميثان . أما في المملكة المتحدة، حيث تُسمى "أحواض التجميع" ، ^{[ 5 ]} فهي مصممة كمصائد حقيقية مملوءة بالماء، وتمنع خروج الغازات والقوارض .

تحتوي معظم أحواض تجميع مياه الأمطار على مياه راكدة خلال فترات الجفاف، وقد تصبح، في البلدان الدافئة، بيئة خصبة لتكاثر البعوض . وقد استُخدمت مبيدات اليرقات أو الهرمونات المُعطِّلة لتكاثرها، والتي تُطلق أحيانًا من "بسكويت البعوض"، للسيطرة على تكاثرها في هذه الأحواض. ويمكن منع البعوض فعليًا من الوصول إلى المياه الراكدة أو الهجرة إلى شبكة الصرف الصحي باستخدام "مرشح مخروطي مقلوب". ومن الطرق الأخرى لمكافحة البعوض رش طبقة رقيقة من الزيت على سطح المياه الراكدة، مما يعيق تنفس يرقات البعوض.

يعتمد أداء أحواض التجميع في إزالة الرواسب والملوثات الأخرى على تصميم الحوض (مثل حجم الحوض)، وعلى الصيانة الدورية للحفاظ على سعة التخزين المتاحة فيه لالتقاط الرواسب. وعادةً ما تمتلك البلديات شاحنات شفط كبيرة تقوم بهذه المهمة.

تعمل أحواض التجميع كخط أول للمعالجة الأولية لممارسات المعالجة الأخرى ، مثل أحواض الاحتفاظ ، من خلال التقاط الرواسب الكبيرة ونفايات الشوارع من الجريان السطحي الحضري قبل دخولها إلى أنابيب تصريف مياه الأمطار.

تأتي الأنابيب بأشكال مقطع عرضي متنوعة (مستطيلة، مربعة، بيضاوية، إجاصية مقلوبة، بيضاوية الشكل، والأكثر شيوعًا، دائرية). قد تتضمن أنظمة الصرف الصحي العديد من الميزات المختلفة، بما في ذلك الشلالات والسلالم والشرفات وحفر تجميع النفايات، والتي تُسمى أحيانًا مصائد الملوثات الكبيرة. كما يمكن استخدام أنابيب مصنوعة من مواد مختلفة، مثل الطوب والخرسانة والبولي إيثيلين عالي الكثافة أو الفولاذ المجلفن. ويُستخدم البلاستيك المقوى بالألياف بشكل متزايد في أنابيب الصرف الصحي وملحقاتها. ^{[ 6 ]}

تحتوي معظم المصارف على مخرج رئيسي واحد عند نقطة تصريفها (غالباً ما يكون مغطى بشبكة ) إلى قناة أو نهر أو بحيرة أو خزان أو بحر أو محيط. وباستثناء أحواض التجميع، لا توجد عادةً مرافق معالجة في نظام الأنابيب. قد تصب مصارف مياه الأمطار الصغيرة في آبار جافة منفصلة . ويمكن ربط مصارف مياه الأمطار ببعضها باستخدام أنابيب مشقوقة، لتكوين نظام آبار جافة أكبر. كما قد تصب مصارف مياه الأمطار في حفريات من صنع الإنسان تُعرف بأحواض التغذية أو برك التجميع.

أطلقت هيئة المرافق العامة في سياتل برنامجًا تجريبيًا يُسمى مشروع بدائل حواف الشوارع. يركز المشروع على تصميم نظام "يوفر تصريفًا يُحاكي البيئة الطبيعية قبل التطوير بشكل أدق من أنظمة الأنابيب التقليدية". ^{[ 7 ]} تتميز الشوارع بوجود خنادق على جانبي الطريق، مع مساحات خضراء مُصممة في جميع أنحاء المنطقة. ويُتيح التركيز على الأرصفة غير المُحاطة بحواجز تدفق المياه بحرية أكبر إلى المناطق ذات الأسطح النفاذة على جانبي الشوارع. وبفضل هذه المساحات الخضراء، لا تتسرب مياه الأمطار من المنطقة الحضرية مباشرة إلى الأرض، بل يمكن أيضًا امتصاصها في البيئة المحيطة. وتشير تقارير الرصد التي أجرتها هيئة المرافق العامة في سياتل إلى انخفاض بنسبة 99% في كمية مياه الأمطار الخارجة من مشروع التصريف. ^{[ 7 ]}

خضعت أنظمة الصرف الصحي في المملكة المتحدة لمراجعة بيئية واسعة النطاق في الآونة الأخيرة . صُممت أنظمة الصرف الحضري المستدام (SUDS) لتشجيع المقاولين على تركيب أنظمة صرف تحاكي التدفق الطبيعي للمياه بشكل أدق. ومنذ عام ٢٠١٠، يُلزم القانون في المملكة المتحدة هيئات التخطيط المحلية والإقليمية بمراعاة أنظمة الصرف الحضري المستدام في أي مشاريع تطويرية تقع ضمن مسؤوليتها.

نظام الصرف ذو الفتحات هو نظام تصريف مصمم للاستغناء عن تركيب أنظمة أنابيب إضافية موازية لنظام الصرف، مما يقلل من الأثر البيئي للإنتاج ويحسن تجميع المياه. تتوفر مواد متنوعة لأنظمة الصرف ذات الفتحات، مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، وقنوات الخرسانة ، ومادة PVC، ومادة HDPE، وقد أصبحت هذه المواد معايير صناعية في مشاريع البناء.

غالباً ما تعجز مصارف مياه الأمطار عن استيعاب كميات الأمطار الغزيرة والعواصف. وعندما تغمرها المياه، قد تحدث فيضانات في الأقبية والشوارع. وعلى عكس الفيضانات الكارثية، يحدث هذا النوع من الفيضانات الحضرية في المناطق المبنية حيث تنتشر أنظمة الصرف الصحي. وتُعدّ الفيضانات الحضرية السبب الرئيسي لانسداد المجاري وغمر الأقبية بالمياه، مما قد يؤثر على العقارات بشكل متكرر. ^{[ 8 ]}

تُساهم المصارف المسدودة أيضًا في حدوث الفيضانات نتيجة انسدادها. ويمكن للمجتمعات والمدن المساعدة في الحد من ذلك بتنظيف أوراق الشجر من مصارف مياه الأمطار لمنع تجمع المياه أو غمر الساحات. ^{[ 9 ]} كما يمكن أن يتسبب تساقط الثلوج في فصل الشتاء في انسداد المصارف عند هطول كميات غير معتادة من الأمطار وتراكم الثلوج فوقها . ^{[ 10 ]}

يمكن تقليل جريان مياه الأمطار إلى شبكات الصرف الصحي من خلال دمج أنظمة الصرف الحضري المستدامة (مصطلح بريطاني) أو ممارسات التنمية منخفضة التأثير أو البنية التحتية الخضراء (مصطلحات أمريكية) في الخطط البلدية. وللحد من مياه الأمطار المتدفقة من أسطح المنازل، يمكن توجيه مياه الأمطار المتدفقة من المزاريب ( المزاريب وأنابيب التصريف) إلى التربة المجاورة، بدلاً من تصريفها في شبكة الصرف الصحي. كما يمكن توجيه مياه الأمطار المتدفقة من الأسطح المعبدة إلى قنوات غير مبطنة (تُسمى أحيانًا قنوات تصريف أو قنوات تصريف حيوية ) قبل تدفقها إلى شبكة الصرف الصحي، وذلك للسماح لها بالتسرب إلى الأرض. ويمكن استخدام مواد رصف نفاذة في بناء الأرصفة وممرات السيارات ، وفي بعض الحالات، مواقف السيارات، لتسريب جزء من حجم مياه الأمطار. ^{[ 11 ]}

تُلزم العديد من المناطق العقارات بتركيب خزانات تجميع مياه الأمطار مؤقتًا، مع تقييد تدفقها إلى شبكة الصرف الصحي العامة. يُقلل هذا من خطر إغراق شبكة الصرف الصحي العامة خلال هطول الأمطار الغزيرة. كما يُمكن تركيب منفذ تصريف فائض أعلى جانب مخرج خزان التجميع، مما يمنع الخزان من الامتلاء الكامل. إن تقييد تدفق المياه واحتجازها مؤقتًا في خزان التجميع بهذه الطريقة يُقلل بشكل كبير من احتمالية إغراق شبكة الصرف الصحي بسبب الأمطار الغزيرة. ^{[ 12 ]}

قد تكون مياه الأمطار المتدفقة من المناطق الحضرية شديدة التلوث. وقد تتلوث هذه المياه أثناء جريانها على الطرق أو الأسطح غير المنفذة للماء ، أو نتيجةً لمخلفات المواد الكيميائية المستخدمة في الحدائق، قبل وصولها إلى المصارف.

تميل المياه المتدفقة من هذه الأسطح غير المنفذة إلى حمل البنزين وزيت المحركات والمعادن الثقيلة والنفايات وغيرها من الملوثات من الطرق ومواقف السيارات، بالإضافة إلى الأسمدة والمبيدات الحشرية من الحدائق . تُعد الطرق ومواقف السيارات مصادر رئيسية للنيكل والنحاس والزنك والكادميوم والرصاص والهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات ( PAHs)، والتي تتكون كمنتجات ثانوية لاحتراق البنزين وأنواع الوقود الأحفوري الأخرى . تساهم مياه الأمطار المتدفقة من الأسطح في زيادة مستويات المركبات العضوية الاصطناعية والزنك ( من ^{المزاريب} المجلفنة ). يُعد استخدام الأسمدة في الحدائق المنزلية والمتنزهات وملاعب الغولف مصدرًا هامًا للنترات والفوسفور . ^{[ 13 ]} [ ^{14 ]}

يمكن فصل مياه الصرف غير المرغوب فيها عن طريق تركيب أجهزة داخل نظام تصريف مياه الأمطار. هذه الأجهزة حديثة نسبياً، ولا يمكن تركيبها إلا مع المشاريع الإنشائية الجديدة أو أثناء عمليات التحديث الرئيسية. تُعرف هذه الأجهزة بفواصل الزيت والحصى (OGS) أو فواصل الزيت والرواسب (OSS). تتكون من حجرة تفتيش خاصة ، وتستخدم تدفق المياه و/أو الجاذبية لفصل الزيت عن الحصى. ^{[ 15 ]}

تُصمَّم أحواض التجميع عادةً بحوض تجميع أسفل مستوى أنبوب التصريف، وهو بمثابة خزان للمياه والحطام، مما يساعد على منع انسداد الأنبوب. وإذا لم يُبنَ هذا الحوض الجوفي بقاع نفاذ يسمح بتسرب المياه إلى التربة، فإنه قد يتحول إلى بيئة خصبة لتكاثر البعوض، نظرًا لبرودته وظلامه واحتفاظه بالمياه الراكدة لفترة طويلة. وبالإضافة إلى استخدام شبكات تصريف قياسية ذات فتحات واسعة تسمح بدخول البعوض وخروجه من الحوض، تُشكل هذه المشكلة عائقًا كبيرًا أمام مكافحة البعوض. ^{[ 17 ]}

يمكن ملء الأحواض بالخرسانة حتى مستوى الأنابيب لمنع تكوّن هذا الخزان. وبدون الصيانة الدورية، تصبح فعالية الحوض موضع شك، إذ لا تُنظف هذه الأحواض عادةً سنويًا بالقدر الكافي لضمان أدائها الأمثل. ولا يُجدي احتجاز المخلفات نفعًا، فبمجرد امتلائها، تعمل كما لو لم تكن هناك أحواض، بل تُبقي على مساحة ضحلة من الماء تُوفر بيئة مثالية لتكاثر البعوض. علاوة على ذلك، حتى مع التنظيف والصيانة، يبقى خزان الماء ممتلئًا، مما يُتيح تكاثر البعوض.

كانت المدن التي أنشأت أنظمة تجميع مياه الصرف الصحي قبل ثلاثينيات القرن العشرين تستخدم عادةً أنظمة أنابيب مفردة لنقل مياه الأمطار ومياه الصرف الصحي. يُشار إلى هذا النوع من أنظمة التجميع باسم نظام الصرف الصحي المختلط . وكان مبرر المدن عند إنشاء أنظمة الصرف الصحي المختلطة هو أن بناء نظام واحد فقط سيكون أقل تكلفة. ^{[ 20 ]} في هذه الأنظمة، يُسمح لهطول أمطار غزيرة مفاجئة تتجاوز قدرة معالجة مياه الصرف الصحي بالفيضان مباشرةً من مصارف مياه الأمطار إلى المسطحات المائية عبر هياكل تُسمى مصارف فيضان الصرف الصحي المختلط . ^{[ 21 ]}

تُركّب مصارف مياه الأمطار عادةً على أعماق أقل من شبكات الصرف الصحي المختلطة. وذلك لأن شبكات الصرف الصحي المختلطة صُممت لاستقبال مياه الصرف الصحي من المباني ذات الأقبية، بالإضافة إلى استقبال مياه الأمطار السطحية من الشوارع. ^{[ 22 ]}

يوجد في الولايات المتحدة حوالي 860 مدينة لديها أنظمة صرف صحي مشتركة، تخدم حوالي 40  مليون نسمة. ^{[ 23 ]} تعاني مدن مثل نيويورك وواشنطن العاصمة وسياتل وغيرها من المدن التي لديها أنظمة صرف صحي مشتركة من هذه المشكلة بسبب التدفق الكبير لمياه الأمطار بعد كل هطول غزير للأمطار. وقد عالجت بعض المدن هذه المشكلة بإضافة خزانات أو برك تخزين كبيرة لاحتجاز المياه لحين معالجتها. تمتلك شيكاغو نظام أنفاق، يُعرف مجتمعًا باسم "النفق العميق" ، تحت المدينة لتخزين مياه الأمطار. ^{[ 24 ]} تتطلب العديد من المناطق خزانات تجميع أو أنظمة تجميع مياه الأمطار على الأسطح، والتي تحجز مياه الجريان السطحي مؤقتًا أثناء هطول الأمطار الغزيرة، وتحد من تدفقها إلى شبكة الصرف الصحي العامة. هذا يقلل من خطر فيضان شبكة الصرف الصحي العامة أثناء هطول الأمطار الغزيرة. كما يمكن توصيل منفذ تصريف فائض أعلى جانب مخرج خزان التجميع. يمنع هذا الفائض خزان التجميع من الامتلاء تمامًا. من خلال تقييد تدفق المياه بهذه الطريقة، واحتجازها مؤقتًا في خزان تجميع أو عن طريق تجميعها على أسطح المنازل، تقل احتمالية فيضان شبكة الصرف الصحي العامة. ^{[ 25 ]}

قامت مقاطعة لوس أنجلوس الجنوبية الشرقية بتركيب آلاف من أجهزة جمع النفايات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ على مصارف الطرق الخاصة بها في عام 2011. ^{[ 29 ]}

كانت حضارة وادي السند تمتلك أنظمة صرف صحي . وكانت جميع المنازل في المدن الرئيسية في هارابا وموهينجو دارو تتمتع بإمكانية الوصول إلى مرافق المياه والصرف الصحي. وكانت مياه الصرف الصحي تُوجّه إلى مجاري صرف صحي مغطاة تعمل بالجاذبية ، والتي كانت تصطف على طول الشوارع الرئيسية. ^{[ 35 ]}

يُنسب اختراع نظام الصرف الصحي ذي الأنابيب المجوفة إلى السير هيو دالريمبل، الذي توفي عام 1753. ^{[ 36 ]}