حصاد مياه الأمطار (المناطق الريفية)

يُعتبر حصاد مياه الأمطار (RWH) وسيلة بسيطة ومنخفضة التكلفة وتتطلب خبرة بسيطة أو الحد الأدنى من المعرفة، وتقدم العديد من الفوائد في المقابل. ويعتبر الأسلوب الأكثر شيوعًا لتوفير مياه الشرب في المناطق الريفية على نطاق صغير هو حصاد مياه الأمطار على أسطح المباني: تُجمع مياه الأمطار على سطح المبنى وتنقل بواسطة مزاريب إلى خزان المياه،  حيث يوفِّر الخزان المياه عند نقطة الاستهلاك (وبالنسبة لحصاد مياه الأمطار للاستخدامات الزراعية؛ أنظر الميول المُتدرجة (bunds)   أو invalid link   أو حُفَر الزراعة  أو الأحواض الصغيرة     أو أحواض الاحتفاظ  أو السدود الرملية     أو  اقتصاد المياه لاستخدامها في موسم الجفاف (conjunctive use)  أو  الاخاديد   أوinvalid link    أو تنقيط الضباب   . يُمكن لمياه الأمطار المُجمَّعة أن تُكمِّل مصادر المياه الموجودة عندما تصبح شحيحة أو ذات جودة منخفضة مثل المياه الجوفية الآسنة أو المياه السطحية الملوثة في موسم هطول الأمطار. كما توفر بديلًا جيدًا في أوقات الجفاف أو عند انخفاض سطح المياه الجوفية وتجف الآبار.  وتُعتبر التكنولوجيا المُستخدمة مرنة الاستخدام ويُمكن أن تُلائم طائفة واسعة جدًا من الحالات. فتُستخدم تلك التكنولوجيا في المُجتمعات الغنية والفقيرة، وكذلك في كلا من المناطق الأكثر رطوبةً والأكثر جفافًا على كوكبنا سواءً (HATUM & WORM 2006) (أنظر أيضًا   حصاد الترسيبات  لإلقاء نظرة عامة عن موضوع حصاد مياه الأمطار (RWH)).

المكونات الثلاثة الأساسية لنظام حصاد مياه الأمطار. المصدر: HATUM & WORM (2006)

يتكون كل نظام لتجميع مياه الأمطار من العناصر التالية على الأقل (INFONET-BIOVISION 2010):

1. هطول الأمطار

2. منطقة تجميع المياه أو سطح مبنى لتجميع مياه الأمطار.

3.  أنظمة نقل المياه (المزاريب)، لنقل المياه من سطح المبنى أو سطح التجميع إلى الخزان.

4.خزانات أو صهاريج لتخزين المياه لحين استخدامها.

5.   جهاز للاستخراج (يعتمد على موقع الخزان - قد يكون صنبورً أو حبلًا ودلوا، أو مضخة (HATUM & WORM 2006)؛ أو جهاز تسريب في حالة استخدام المياه المُجمعة لتغذية المياه الجوفية (أنظر أيضًا تغذية المياه الجوفية السطحية  أو تغذية المياه الجوفية تحت السطحية .  

بالإضافة إلى ذلك، هناك مجموعة متنوعة من الأنظمة المتاحة لمعالجة المياه سواء قبل التخزين و/أو أثنائه و/أو بعده. مثل   المرشح بالرمال الحيوية  و التطهير بالطاقة الشمسية  و التطهير بالكلور  أو عامةً الأنظمة المنزلية لمعالجة المياه . 

مخطط عناصر الأنظمة المحلية لحصاد مياه الأمطار المصدر: THOMAS & MARTINSON (2007)

مخطط توضيحي لسريان المياه في نظام لحصاد مياه الأمطار من على سطح المباني. المكونات الرئيسية: سطح المبنى، مزاريب، جهاز التدفق الاول ،(فاصل المَطرة/ الشَّتوة الأولى)، برميل يجمع المطر به مُرشِّح وصنبور وبئر التغذية. كما يُمكن تجميع المياه بواسطة الصهريج الموجود أسفل المُرشح للاستخدام مباشرةً. المصدر: RAINWATERCLUB (Editor) (n.y.)

يلعب نمط هطول الأمطار على مدار العام دورًا رئيسيًا في تحديد ما إذا كان نظام حصاد مياه الأمطار يُمكنه منافسة الأنظمة الأخرى لتوفير المياه. يوفِّر المناخ الاستوائي الظروف الأكثر ملائمة لحصاد المياه، حيث إنه يتميز بقصر مواسم الجفاف (شهر - 4 أشهر) وتتخلله العديد من العواصف المطيرة الشديدة.

 بالإضافة إلى ذلك، قد يكون حصاد مياه الأمطار أيضًا ذا قيمة في المناخات الاستوائية الرطبة (مثل بنغلاديش)، حيث قد تختلف نوعية المياه السطحية بدرجة كبيرة على مدار السنة. وكقاعدة عامة، يجب أن يكون معدل هطول الأمطار أكثر من 50 مم/الشهر لمدة نصف عام على الاقل أو 300 مم/العام (ما لم تكن المصادر الأخرى شحيحة للغاية) لجعل نظام حصاد مياه الأمطار ذا جدوى بيئية (HATUM & WORM 2006). في الجدول التالي، نجد بعض الأمثلة على المعدل السنوي لهطول الأمطار في مناطق مختلفة (HATUM & WORM 2006).

 

متوسط المعدل السنوي لهطول الأمطار في مناطق مختلفة. المصدر: HATUM & WORM (2006)

 

مناطق التجميع

 

لا بد أن تكون "مناسبة"، وينبغي ان يُصنع سطح المبنى من بعض المواد الصلبة التي لا تمتص الأمطار أو تلوث المياه الجارية. ولذلك تُعتبر مواد البلاط والألواح المعدنية ومعظم المواد البلاستيكية مناسبة، أمَّا الأسطح العشبية والأسطح المصنوعة من ألياف النخيل فهي ليست مناسبة (THOMAS & MARTINSON 2007).  وإذا لم يتيح سطح المبنى مساحة كافية لتجميع المياه، فيمكن استخدام ألواح بلاستيكية لزيادة مساحة سطح تجميع المياه.

 

تُركَّب الألواح البلاستيكية كذلك لتحسين نطاق تجميع المياه. المصدر: ENPHO (n.y.)نظام نقل المياه

 

عادة ما يتكون نظام نقل المياه من مواضع تجميع المياه فوق سطح المباني في المناطق الريفية من مزاريب مُعلقة على جانبي السطح؛ بحيث تكون مائلة وتصل إلى أنبوب ثم إلى صهريج. وتستخدم المزاريب لنقل مياه الأمطار من السطح إلى وعاء التخزين. ونجد المزاريب في أشكال وأنواع متعددة؛ حيث تتراوح بين نوع الـ PVCالمُصنع في المصنع المماثل لـ  الأنابيب المستخدمة في شبكات توزيع المياه   إلى المزاريب المُصنعة منزليًا باستخدام نبات الخيزران أو الألواح المعدنية المطوية. عادة ما تُثبَّت المزاريب في المبنى أسفل السطح مباشرةً؛ حيث تلتقط المياه عند سقوطها من على السطح (HATUM & WORM 2006).

 

أنواع متعددة من المزاريب المصدر: HATUM & WORM 2006

 

يتجمع الركام والقاذورات والغبار والفضلات على سطح المبنى أو مناطق التجميع الأخرى. وعند هطول الأمطار أول مرة، تنجرف تلك المواد غير المرغوب بها إلى داخل الخزان. يسبب ذلك تلوث المياه وانخفاض جودتها. ولذلك تتضمن العديد من أنظمة حصاد المياه نظامًا لتحويل مسار هذه المياه "التدفق الأول"بحيث لا تدخل الخزان. ويُطلق على هذه الأنظمة أجهزة التدفق الأول. ويُمكن الحصول على مزيد من المعلومات من DOLMAN & LUNDQUIST (2008) و PRACTICAL ACTION 2008.

 

مثال على جهاز فصل التدفق الأول (أنبوب من مادة PVC بيضاء ورأسية، على اليسار). شرح توضيحي لمبادئ عمل  الجهاز (على اليمين). المصدر: DOLMAN & LUNDQUIST (2008)

 

على اليسار: يُدمج هذا المُرشِّح (المُطوَّر بواسطة WISY) بداخل أنبوب السريان الرأسي ويعمل كأنه مُرشِّح وكذلك نظام للتدفق الأول. على اليمين: تعمل خرطوشة المُرشِّح المُنبثق (مطوِّر بواسطة KSCST) كعامل فاصل للتدفق الأول. المصدر: CSE (n.y.), KSCST (n.y.)

 

وتستند الأفكار الأخرى البسيطة على إجراءات ترتيبية يدوية؛ حيث يُنقل أنبوب المياه بعيدًا عن مدخل الخزان، ثم يُعاد مرة أخرى بمجرد فصل التدفق الأول. تعيب تلك الطريقة عيوب واضحة، حيث يجب أن يكون هناك شخص حاضر يتذكر نقل الأنبوب. تمتاز وسائل أخرى أكثر تعقيدًا بتقديم وسائل أكثر جودة للتخلص من مياه التدفق الأول (وهي موصوفة في المواد التدريبية لـ PRACTICAL ACTION (2008)). ولكن، ينصح الخبراء باستخدام تلك الأنظمة البسيطة جدًا والتي تسهل صيانتها، وذلك لأنه من المرجح  إصلاحها إذا حدث عطل ما (PRACTICAL ACTION 2008).

كما يُمكن استخدام مُرشِّح للجزيئات الكبيرة، ويُفضَّل أن يُصنع من النيلون أو من شبكة دقيقة، للتخلص من القاذورات أو الركام قبل دخول المياه إلى الصهريج (HATUM & WORM 2006).

 

عملية حصاد مياه الأمطار على سطح مباني مدرسة في مايسور، الهند. (على اليمين: النظام بأكمله بمُرشِّح وجهاز فصل التدفق الأول وصهريج لتجميع المياه. في المنتصف: مُرشِّح. على اليمين: جهاز فصل التدفق الأول.) المصدر: WAFLER (2010)

 

هناك خيارات غير محدودة تقريبًا لتخزين مياه الأمطار. وتشمل الأوعية المستخدمة لتخزين المياه على نطاق صغير جدًا في البلدان النامية أمثلة على تلك الخيارات، وهي القِصاع البلاستيكية والدلاء والجراكن والطين أو الجرار الفخارية أو الخزفية والجرار الأسمنتية وبراميل النفط القديمة وحاويات المواد الغذائية الفارغة، الخ. أمَّا بالنسبة لتخزين كميات أكبر من المياه، فإن نظام توفير المياه يتطلب وجود خزانات فوق الأرض أو تحتها. وبالنسبة للأنظمة المحلية، تصل أحجام الخزانات عادة إلى حد أقصى قدره 20 أو 30 مترًا مكعبًا (PRACTICAL ACTION 2008). ويشيع استخدام الخزانات السطحية لتجميع المياه على سطح المباني. وتُصنع الخزانات السطحية من مواد تشمل المعادن والخشب والبلاستيك والألياف الزجاجية والحجارة والطوب متداخل البنية أو التربة المضغوطة أو أحجار الركام والأسمنت الحديدي والخرسانة المسلحة. ويعتمد اختيار المواد يعتمد على توافرها محليًا والقدرة على تحمل تكلفتها. يجب أن تكون المواد والتصميم المستخدمين لعمل جدران الصهاريج التي توجد تحت السطح أو الخزانات الأرضية قادرة على مقاومة ضغط التربة وضغط المياه الجوفية على جدران الخزان عندما يكون فارغًا.  وقد تُتلف جذور الأشجار جدران الخزانات المبنى تحت سطح الارض. لذلك، فمن المهم اختيار الموقع المناسب للخزان (HATUM & WORM 2006).

خزان سطحي مصنوع من الأسمنت الحديدي لتخزين مياه الأمطار المُجمَّعة. المصدر: DOLMAN & LUNDQUIST (2008)

هناك عدد من الطرق المختلفة المستخدمة لتحديد حجم الخزان. تختلف هذه الأساليب من حيث التعقيد والتطور. ويُعطي PRACTICAL ACTION (2008) لمحة عامة عن ثلاث طرائق مختلفة. تُنفَّذ بعض تلك الطرائق بسهولة من قبل افراد بدون خبرة نسبيًا وآخرون يعملون في هذا المجال لأول مرة، في حين أن بعض الطرائق الأخرى تتطلب برامج الكمبيوتر والمهندسين المُدرَّبين الذين يفهمون كيفية استخدام هذه البرامج. تُحدَّد متطلبات التخزين عن طريق عدد من العوامل المترابطة، والتي تشمل: بيانات عن هطول الأمطار المحلية وأنماط المناخ وسعة سطح المبنى ومعامل الجريان السطحي (يعتمد على المواد التي يتكون منها سطح المبنى وميله) وأعداد المُستخدمين ومعدلات الاستهلاك.

وفي الواقع، يعتمد اختيار حجم الخزان على تكلفة المواد المُكوِّنة له.  وفي حالات أخرى، مثل البرامج الضخمة لحصاد مياه الأمطار، تستخدم الأحجام القياسية للخزانات بغض النظر عن أنماط الاستهلاك أو سعة سطح المبنى أو عدد الأفراد المستخدمين (على الرغم من أن حجم الخزان يُفضَّل ان يكون طبقًا لمتوسط الاستخدام المحلي) (PRACTICAL ACTION 2008).

ويمكن أيضًا استخدام المياه المُجمَّعة لإعادة ملء بئر أو خزان للمياه الجوفية (أنظر تغذية المياه الجوفية السطحية  أو تغذية المياه الجوفية تحت السطحية   في دراسة SHRESTA (2010)، تُستخدم مياه الأمطار الزائدة خلال موسم الأمطار لإعادة ملء الآبارالمحفورة، وكذلك لزيادة المياه الجوفية. في هذه الحالة، تعمل إعادة ملء المياه الجوفية على تحسين نوعية المياه في الآبار المحفورة.

من المُرجح أن تختلف مرافق تخزين المياه ومعالجتها (جودة المياه) حسب سلوك المستخدم. ففي بعض المناطق في العالم، يقتصر استخدام عملية حصاد مياه الأمطار على جمع ما يكفى من الماء أثناء عاصفة مُمطرة لتخزين صيب واحد أو اثنين ليُضاف إلى مصدر المياه الرئيسى (بئر مفتوح أو مضخة). في هذه الحالة، يتطلب الأمر فقط حاوية تخزين صغيرة. وفي المناطق القاحلة، يسعى الأفراد جاهدين لعمل مساحات سطحية كافية لتجميع المياه وحاويات للتخزين لتوفير ما يكفي من المياه لتلبية جميع احتياجات المستخدمين (HATUM & WORM 2006).

تخزين عرضي - تُخزَّن المياه لبضعة أيام فقط في وعاء صغير. يُلائم هذا النظام الحالات التي يكون فيها نمط هطول الأمطار مُنتظمًا؛ حيث لا يهطل الأمطار لأيام قليلة جدًا ويتوفَّر مصدر آخر بديل للمياه يمكن الاعتماد عليه في مكان قريب.

تخزين متقطع – يكون فيه موسم طويل من الأمطار؛ حيث تتحقق جميع الحاجات المائية عن طريق مياه الأمطار، أمَّا في الموسم الجفاف تُجمع المياه من مصادر أخرى غير مياه الأمطار. وبذلك يمكن استخدام عملية حصاد مياه الأمطار لسد الحاجات المائية في فترة الجفاف بالمياه المُخزَّنة عندما تكون المصادر الأخرى جافة.

تخزين جزئي- تُستخدم مياه الأمطار على مدار السنة، ولكن لا تكفي مياه الأمطار 'المحصودة' جميع الحاجات المنزلية. على سبيل المثال، تُستخدم مياه الأمطار للشرب والطهي، أما بالنسبة للحاجات المنزلية الأخرى (مثل الاستحمام والغسيل)، فتستخدم مياه من مصادر أخرى.

تخزين كامل – يقتصر سد الحاجات المنزلية على مياه الأمطار على مدار العام. في مثل هذه الحالات، عادة لا يكون هناك مصدر آخر للمياه بدلًا من مياه الأمطار، وينبغي استهلاك المياه المتاحة بطريقة رشيدة، بالإضافة إلى توفير سعة تخزينية كافية لسد الحاجات المائية في فترة الجفاف.

يُمكن توجيه مسار المياه الجارية من على سطح مبنى باستخدام أكثر من أنبوب مُنقسم أو قطعة من ساق الخيزران إلى داخل براميل النفط القديمة (بشرط أن تكون نظيفة) وتوضع بالقرب من السطح. وعادة ما يُمثل صهريج أو خزان المياه اكبر عنصر في الاستشمار في نظام حصاد مياه الأمطار على سطح المباني على نطاق صغير في المناطق الريفية، ولذلك يتطلب التصميم بدقة لتوفير سعة التخزين المُثلى مع إبقاء التكاليف منخفضة بقدر الإمكان. يُمكن لتركيب نظام لحصاد المياه على المستوى المنزلي أن يُكلِّف مبلغًا يتراوح بين 100 دولار أمريكي و 1000 دولار أمريكي. ومن الصعب تقدير التكلفة بدقة، وذلك لأنها تختلف بناء على توافر المنشأت الموجودة فعلا، مثل أسطح المباني والأنابيب والخزانات وغيرها من المواد التي يمكن تعديلها لاستخدامها في مرافق حصاد المياه. توفر  الخزانات الكبيرة للأنظمة باهظة الثمن قدرًا من المياه أكثر من الخزانات الصغيرة للأنظمة الرخيصة (THOMAS & MARTINSON 2007).

تتميز مياه الأمطار في حد ذاتها بأنها ذات نوعية ممتازة،  حيث تفوقها في الجودة المياه المُقطَّرة فقط - وتكون المواد الملوثة بها قليلة جدًا حتى في المناطق الحضرية أو الصناعية، فنجد أنها إذا فهي نقية وسائغة ومذاقها جيد. إلا أن المواد الملوِّثة تختلط بالمياه بعد سريان المياه على سطح ما (THOMAS & MARTINSON 2007).

فأولًا، نجد أن هناك مشكلة لجودة المياه فيما يتعلق بالبكتيريا. يُمكن لمياه الأمطار أن تُصبح ملوَّثة بالبكتيريا المسببة للأمراض (مثل البكتيريا الناتجة عن براز الحيوانات أو البراز البشري) التي تدخل الخزان من منطقة تجميع المياه. فيُنصَح أن تظل أسطُح مناطق تجميع المياه دائمًا نقية جدًا. وينبغي تصميم خزانات مياه الأمطار لحماية المياه من التلوث ومن أوراق الأشجار والغبار والحشرات والآفات والملوِّثات الصناعية أو الزراعية الأخرى. كما ينبغي تحديد موقع الخزانات بعيدًا عن الأشجار، مع وضع أغطية مناسبة فوقها والمحافظة عليها في حالة جيدة. أيضًا، ينبغي ترشيح المياه الواردة أو تصفيتها أو تركها لتستقر لترسيب المواد غير المرغوب بها والتخلص منها. فإن جودة المياه التي تُعتبر نقية نسبيًا عند دخولها إلى الخزان تتحسن إذا تُركت لتستقر لبعض الوقت بداخل الخزان. وذلك لأن البكتيريا تموت بسرعة عند دخولها إلى الخزان إذا كانت المياه نظيفو نسبيًا. أما الطحالب فتنمو داخل الخزان في حالة توفر ضوء الشمس لحدوث عملية التمثيل الضوئي. فلا بد أن يكون الخزان داكنًا وموضوعًا في موضع ظليل لمنع نمو الطحالب وكذلك للحفاظ على المياه باردة. وكما ذكرنا من قبل، تعمل أجهزة التخلص من التدفق الأول على منع مياه "التدفق الأول" المُلوَّثة من المرور إلى داخل الخزان. وينبغي الحفاظ على المكان المحيط بنطاق حصاد مياه الأمطار في حالة صحية جيدة، وأن يُحوَّط بأسياج لمنع الحيوانات أو الأطفال اللذين يلعبون حول الخزان من الدخول إلى هذا النطاق. كما ينبغي تجفيف أي بركة مياه موجودة حول الخزان وردمها بالتربة (PRACTICAL ACTION 2008).

وثانياً، هناك حاجة لمنع الحشرات الحاملة للأمراض من التكاثر داخل الخزان. ففي المناطق التي يوجد بها مرض الملاريا، نجد أن ترك الخزان بدون الاهتمام باحتياطات معينة لمنع تكاثر الحشرات يسبب مشاكل أكبر من مشكلة توفير المياه. فينبغي تغطية الخزانات لمنع دخول الحشرات إليها. فلابد من تركيب المصافي المانعة للبعوض عند جميع الفتحات (PRACTICAL ACTION 2008).