مياه الأمطار

مع قلة الغطاء النباتي وكثرة الأسطح غير المنفذة للماء ( مواقف السيارات ، الطرق ، المباني ، التربة المضغوطة )، تسمح المناطق المطورة بتسرب كميات أقل من مياه الأمطار إلى باطن الأرض، مما يؤدي إلى زيادة الجريان السطحي مقارنةً بالمناطق غير المطورة. إضافةً إلى ذلك، تعمل قنوات مثل الخنادق ومجاري تصريف مياه الأمطار على نقل مياه الجريان السطحي بسرعة من المناطق التجارية والسكنية إلى المسطحات المائية القريبة. وهذا بدوره يزيد بشكل كبير من حجم المياه في المجاري المائية وتصريفها ، مما يؤدي إلى التعرية والفيضانات. ولأن المياه تُجرف من مستجمعات المياه أثناء العواصف، فإن القليل منها يتسرب إلى التربة، ولا يغذي المياه الجوفية ، ولا يساهم في تدفق المياه الأساسي في الجداول خلال فترات الجفاف. ^{[ 1 ]}

التدفق الأولي هو الجريان السطحي الأولي للعاصفة المطرية. خلال هذه المرحلة، تكون المياه الملوثة التي تدخل مصارف مياه الأمطار في المناطق ذات النسب العالية من الأسطح غير المنفذة للماء أكثر تركيزًا عادةً مقارنةً ببقية العاصفة. ونتيجةً لذلك، تؤدي هذه التركيزات العالية من الجريان السطحي الحضري إلى مستويات عالية من الملوثات التي تُصرّف من مجاري مياه الأمطار إلى المياه السطحية . ^{[ 2 ] [ 3 ] : 216}

تُؤدي الأنشطة البشرية اليومية إلى ترسب الملوثات على الطرقات، والحدائق، والأسطح، والحقول الزراعية، وغيرها من أسطح الأرض. تشمل هذه الملوثات النفايات، والرواسب، والمغذيات، والبكتيريا، والمبيدات الحشرية، والمعادن، ومشتقات البترول. ^{[ 4 ]} عند هطول الأمطار أو الري ، تجري المياه وتتجه في نهاية المطاف إلى الأنهار، أو البحيرات، أو المحيطات. ورغم وجود بعض التخفيف لهذه الملوثات قبل وصولها إلى المسطحات المائية، إلا أن الجريان السطحي الملوث ينتج عنه كميات كبيرة من الملوثات تُلحق الضرر بهذه المسطحات. ^{[ 5 ]}

إضافةً إلى الملوثات التي تحملها مياه الأمطار ، يُعتبر الجريان السطحي في المناطق الحضرية سببًا للتلوث بحد ذاته. في مستجمعات المياه الطبيعية ، يُعدّ الجريان السطحي الذي يصب في المجاري المائية حدثًا نادرًا نسبيًا، إذ لا يحدث إلا مرات قليلة في السنة، وعادةً ما يكون ذلك بعد عواصف شديدة. قبل بدء التنمية العمرانية في منطقة معينة، تتسرب معظم مياه الأمطار إلى باطن الأرض، مما يُساهم في تغذية المياه الجوفية، أو تُعاد تدويرها إلى الغلاف الجوي بواسطة النباتات من خلال عملية النتح .

تضمن أنظمة الصرف الحديثة، التي تجمع مياه الأمطار من الأسطح غير المنفذة (مثل الأسطح والطرق)، نقل المياه بكفاءة إلى المجاري المائية عبر شبكات الأنابيب، مما يعني أن حتى العواصف الصغيرة تؤدي إلى زيادة تدفقات المجاري المائية.

إضافةً إلى نقل كميات أكبر من الملوثات من مستجمعات المياه الحضرية، يمكن أن يؤدي ازدياد تدفق مياه الأمطار إلى تآكل ضفاف الأنهار ، وتشجيع غزو الأعشاب الضارة، وتغيير أنظمة التدفق الطبيعية. غالبًا ما تعتمد الأنواع المحلية على أنظمة التدفق هذه للتكاثر، ونمو صغارها، والهجرة. وقد لوحظ أن مياه الأمطار المتدفقة من الطرق تحتوي على العديد من المعادن، بما في ذلك الزنك ، والكادميوم ، والنحاس ، والنيكل ، والرصاص ، والكروم ، والمنغنيز ، والحديد ، والفاناديوم ، والكوبالت ، والألومنيوم، ومكونات أخرى. ^{[ 6 ]}

في بعض المناطق، وخاصة على طول الساحل الأمريكي، قد يكون جريان المياه الملوثة من الطرق السريعة المصدر الأكبر لتلوث المياه . على سبيل المثال، حوالي 75% من المواد الكيميائية السامة التي تصل إلى سياتل ، في منطقة بيوجت ساوند بولاية واشنطن، تحملها مياه الأمطار التي تجري من الطرق المعبدة والممرات، وأسطح المنازل، والساحات، وغيرها من الأراضي المطورة. ^{[ 7 ]}

مياه الأمطار الصناعية هي مياه الجريان السطحي الناتجة عن هطول الأمطار والتي تسقط على المواقع الصناعية (مثل المصانع والمناجم والمطارات). غالباً ما تكون هذه المياه ملوثة بالمواد التي يتم تداولها أو تخزينها في هذه المواقع، وتخضع هذه المنشآت لأنظمة ولوائح للتحكم في تصريفها. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

يمكن معالجة مياه الأمطار كيميائيًا لإزالة الملوثات دون الحاجة إلى تحسينات واسعة النطاق في البنية التحتية. تستخدم تقنيات المعالجة السلبية طاقة المياه المتدفقة بفعل الجاذبية عبر الخنادق والقنوات والعبارات والأنابيب أو غيرها من وسائل النقل المصممة لتسهيل عملية المعالجة. تُوضع منتجات ذاتية الجرعات، مثل المواد الهلامية المُرَسِّبة، في المياه المتدفقة حيث تتحد جزيئات الرواسب والغرويات وطاقة التدفق لإطلاق الجرعة المطلوبة، مما يُنتج كتلًا كثيفة يسهل ترشيحها أو ترسيبها. ^{[ 11 ]} غالبًا ما تُستخدم الألياف الطبيعية المنسوجة، مثل الجوت، في قيعان الخنادق كوسط ترشيح. كما يمكن وضع حصائر احتجاز الطمي في الموقع لالتقاط الكتل. يُستخدم الترسيب في الأحواض الأمامية غالبًا كمنطقة ترسيب لتنقية المياه وتركيز المواد. وقد استخدمت صناعات التعدين والإنشاءات الثقيلة وغيرها من الصناعات أنظمة المعالجة السلبية لأكثر من عشرين عامًا. تتميز هذه الأنواع من الأنظمة بانخفاض انبعاثات الكربون حيث لا حاجة إلى مصدر طاقة خارجي، كما أنها تتطلب مهارة قليلة لتشغيلها، وصيانة قليلة، وهي فعالة في تقليل المواد الصلبة العالقة، وبعض المعادن الثقيلة والفوسفور.

تُعدّ مياه الأمطار سببًا رئيسيًا للفيضانات الحضرية، وهي غمر الأراضي أو الممتلكات في المناطق المبنية نتيجةً لتجاوز مياه الأمطار قدرة أنظمة الصرف ، مثل شبكات تصريف مياه الأمطار . ورغم أن الفيضانات الحضرية قد تنجم عن أحداث منفردة كالفيضانات المفاجئة أو ذوبان الثلوج ، إلا أنها حالة متكررة ومكلفة ومنهجية، تتميز بتأثيراتها على المجتمعات. وفي المناطق المعرضة للفيضانات الحضرية، يمكن تركيب صمامات منع الارتداد وغيرها من البنى التحتية للحد من الخسائر.

في المباني التي تحتوي على أقبية ، يُعدّ الفيضان الحضري السبب الرئيسي لانسداد الأقبية وشبكات الصرف الصحي. ورغم أن عدد الضحايا الناجم عن الفيضان الحضري محدود عادةً، إلا أن العواقب الاقتصادية والاجتماعية والبيئية قد تكون وخيمة: فبالإضافة إلى الأضرار المباشرة التي تلحق بالممتلكات والبنية التحتية (الطرق السريعة والمرافق والخدمات)، ترتبط المنازل الرطبة باستمرار بزيادة مشاكل الجهاز التنفسي وأمراض أخرى. ^{[ 12 ]} غالبًا ما ينتج انسداد شبكات الصرف الصحي عن عيوب في نظام الصرف الصحي، الذي يستقبل بعض مياه الأمطار نتيجةً للتسرب والتدفق (دخول المياه الجوفية إلى شبكات الصرف الصحي، ودخول المياه إلى شبكات الصرف الصحي من وصلات غير مناسبة).

من الأمثلة على انهيارات الطرق الناتجة عن مياه الأمطار في المناطق الحضرية، انهيار طريق ديشمان لين في بولينغ غرين، كنتاكي، في 25 فبراير 2002 ، حيث انهار الطريق فجأةً تحت أربع مركبات. بلغت تكلفة إصلاحات طريق ديشمان لين، التي استغرقت تسعة أشهر، مليون دولار، لكن لا يزال هناك احتمال لحدوث مشاكل مستقبلية. ^{[ 13 ]}

In undisturbed areas with natural subsurface (karst) drainage, soil and rock fragments choke karst openings, thereby being a self-limitation to the growth of openings.^{[14]:189–190,196} The undisturbed karst drainage system becomes balanced with the climate so it can drain the water produced by most storms. However, problems occur when the landscape is altered by urban development.^[15]:28 In urban areas with natural subsurface karst drainage there are no surface streams for the increased stormwater from impervious surfaces such as roofs, parking lots, and streets to receive drainage. Instead, the stormwater enters the subsurface drainage system by moving down through the ground. When the subsurface water flow becomes great enough to transport soil and rock fragments, the karst openings grow rapidly.^[14]:190 Where karst openings are roofed by supportive (competent) limestone, there frequently is no surface warning that an opening has grown so large it will suddenly collapse catastrophically.^[14]:198 It is recommended that land-use planning agencies avoid karst areas when considering new development projects.^[15]:37–38 Ultimately taxpayers end up paying the costs for poor land use decisions.

• control of flooding and erosion;
• control of hazardous materials to prevent release of pollutants into the environment (source control);
• تخطيط وبناء أنظمة مياه الأمطار مثل أحواض الاحتفاظ ، والأقبية المدفونة مع أنواع مختلفة من مرشحات الوسائط ، وفواصل الدوامات لإزالة المواد الصلبة الخشنة ^{[ 19 ]} قبل أن تلوث المياه السطحية أو موارد المياه الجوفية؛
• الاستحواذ على المجاري المائية الطبيعية وحمايتها أو إعادة تأهيلها؛
• بناء حلول قائمة على الطبيعة مثل البرك، والممرات المائية ، والأراضي الرطبة المصممة أو حلول البنية التحتية الخضراء للعمل مع هياكل الصرف الحالية أو "الصلبة"، مثل الأنابيب والقنوات الخرسانية (يمكن للأراضي الرطبة المصممة لمعالجة مياه الأمطار أن تكون بمثابة موطن للنباتات والبرمائيات والأسماك).

• تطوير أساليب تمويل برامج مياه الأمطار، والتي قد تشمل رسوم مستخدمي مياه الأمطار وإنشاء مرفق لمياه الأمطار؛
• تطوير برامج إدارة الأصول طويلة الأجل لإصلاح واستبدال البنية التحتية المتقادمة؛
• مراجعة اللوائح الحالية المتعلقة بمياه الأمطار لتلبية الاحتياجات الشاملة لمياه الأمطار؛
• تعزيز وإنفاذ القوانين القائمة للتأكد من أن مالكي العقارات يأخذون في الاعتبار آثار مياه الأمطار قبل وأثناء وبعد تطوير أراضيهم؛
• تثقيف المجتمع حول كيفية تأثير أفعاله على جودة المياه ، وحول ما يمكنه فعله لتحسين جودة المياه.