לוח מודעות

פורומים

תערוכות ואירועים

מועדון לקוחות

קורסים

מדריכים/קטלוגים
 
 כתבות |  אתרים מומלצים |  תערוכות ואירועים |  קטלוג מוצרים |  קורסים | רישום חברות
לעצור את השיטפון

מיתון גלי גאות משטחים מבונים   


 


מאת פרופ' גדעון סיני1 ודוד נזלובין1


 


תופעת גלי גאות שיטפוניים ידועה ומדווחת זה שנים רבות על ידי חוקרים ברחבי העולם. תופעה זו מקשה  על תכנון מערכות ניקוז והסדרתן מכיוון שלא ברור לאיזה ספיקת תכן יש לתכנן את כושר ההולכה של מערכת הניקוז. בארץ, במישור החוף מקבלת תופעת גלי הגאות חשיבות רבה, מכיוון שהחלק המורדי של אגן ההולכה של מערכת הניקוז. בארץ, במישור החוף מקבלת הניקוז נמצא באזור רדוד ומיושב בצפיפות (גוש דן). לפי ניסיון העבר, הגדלת כושר ההולכה של מערכת הניקוז על ידי הסדרת ערוצים ותעלות נתקלת בכמה מכשולים:


הבנייה במעלה אגן ההיקוות מגדילה את עוצמת גלי הגאות.


השילוב של פיתוח תשתית כבישים, רכבות והסדרת תעלות וערוצים מגביר את הסיכון, שגלי הגאות יתפשטו הרחק במורד האגן. במיוחד חמורה הבעיה בגוש דן והעיר תל-אביב.


בעבודה הנוכחית מוצג ניתוח עקרוני של תופעת גלי הגאות, שמראה את החשיבות של רכיב הריסון במערכות ניקוז.


 


השפעת הסדרת הערוץ המרכזי


ניתן לקבוע באופן כללי, כי פעולות של הסדרה שמטרתן להגדיל את כושר ההולכה של הערוץ המרכזי באגן ההיקוות (נחל או תעלת ניקוז) מגדילות את  ספיקות  השיא  לאורך  הקטע  המוסדר  1999 Robinson & Rycroft)).


במקומות רבים כוללת ההסדרה בניית סוללות עפר לצדי הנהר. סוללות אלו כולאות זרימות שיא ומאפשרות להגדיל את ספיקת הנהר. במחקרי שדה שונים דווח, כי אוגר הגדות המתקבל כתוצאה מסוללות ההגנה גורם להגדלת ספיקות השיא ב-12 עד 77%. רובינסון (Robinson 1990) בחן ארבעה נהרות בבריטניה, שהיו בעלי אגני היקוות בין 60 ל-300 קמ"ר. הנהרות הוסדרו לכושר הולכת זרימות בתחום תקופות חזרה של 1 ל-10 שנים עד ל- 1 למאה שנים. הסדרת הנהרות כללה העמקת החתך, הרחבתו והוספת סוללות הגנה. תוצאות ההשוואה מובאות בטבלה 1, המראה הגברה עקבית בערכי ספיקות השיא המבוטאות על ידי ספיקה ממוצעת מרבית (מקסימלית) שנתית. הייתה סברה כי העמקת התעלות תביא להקטנה בספיקות בעונות יובש. התוצאות בטבלה 1 מראות, כי בכל ארבעת הנהרות ישנה עלייה בזרימת הבסיס. זרימת הבסיס מצוינת על ידי זרימות מזעריות (מינימליות) בתקופת חזרה של 7 שנים. הגידול בערכים המרביים והמזעריים נמצא ביחס ישר לממדי התעלה המורחבת.


בפרסום של רובינסון וריקרופט Robinson and Rycroft, 1999)) מסופר על השפעת ההסדרה של הנהר ויטהם (Witham) שבמזרח אנגליה. הסדרת הנהר הסתיימה בשנת 1974 במטרה לנקז שטחים חקלאיים במעלה האגן. במורד הנהר נמצאת העיר לינקולן (Lincoln). בתחנת מדידה לספיקות הנהר, הנמצאת 30 ק"מ במעלה   הנהר מהעיר לינקולן, נמדדו הספיקות בנהר, ונבחרו שנתיים לפני ההסדרה ולאחריה, שבהן אירועי הגשם היו דומים. התוצאות מוצגות באיור 1, שבו מותווים שני הידרוגרפים, לפני הסדרת האפיק (קו מרוסק) ואחרי הסדרתו (קו מנוקד). באיור נראים היטב גלי גאות המתפתחים בנהר לאחר הסדרתו. חושבה  הידרוגרמת  היחידה (unit-hydrograph) לסופות שונות, והתוצאות מוצגות באיור 2. הציר האנכי מייצג את משך הזמן לשיא ההידרוגרף והציר האופקי מייצג את ערכי ספיקות השיא. הערכים שנתקבלו לפני הסדרת האפיק (מסומנים בריבוע שחור מלא) מראים עלייה במשך הזמן לשיא ההידרוגרף עם העלייה בספיקת הנהר.


לאחר ההסדרה (ריבועים חלולים) התקבל, כי משך הזמן לשיא נשאר קבוע ובלתי תלוי בספיקה. תוצאה זו מעידה על קיום ריסון באגן הלא מוסדר, בעוד שהריסון נעלם אחרי הסדרת האפיק. ניתן להסביר את התופעה הזאת בעזרת אוגר הגדות ושטחי ההצפה, שהיו פעילים לפני ההסדרה ונכנסו לפעולה בספיקות גבוהות, שגרמו לגלישת מים אל מעבר לגדות הנהר. אחרי ההסדרה הועמק האפיק והורחב, כך שגם ספיקות השיא זורמות בו בלי שישנה גלישה מעבר לגדות ולשטחי הצפה. הסדרת הנהר השיגה את מטרתה בשטחים החקלאיים הסמוכים לנהר ומתנקזים אליו, אך הבעיה עברה למורד הנהר ונגרמו הצפות בעיר לינקולן. דבר זה חייב הוצאות כבדות נוספות למיתון שיטפונות בעיר וסביבותיה.


אם נחליף את שמות המקומות לתנאי הארץ, נגלה מצב דומה בהסדרות האינטנסיביות של מערכת הניקוז העילי בקטע מעלה שפלת החוף לכיוון כביש 444. ההסדרות האלה גורמות להצפות בגוש דן ובמיוחד בנתיבי איילון ובשכונות נמוכות בתל-אביב. תוספת הנגר הזורמת מערי הלוויין: ראש העין, אלעד, שוהם וגוש מודיעין, אינה יכולה לזרום בתנאי שיטפון דרך מערכות הניקוז הנוכחיות, כי אפשרויות הסדרת האפיקים מוצו כמעט כולן. אם כן, הבעיה תלך ותחמיר, ועלולות להיגרם הצפות כתוצאה מגלי גאות המתפתחים בשטחים הבנויים החדשים ואינם מתרסנים במערכות הניקוז. פעולות ההסדרה התרכזו בעבר בהסדרות אפיק ופחות מדי בהחזרת כושר הריסון שהיה לנחלים ולשטחים הפתוחים של אגני ההיקוות.


 


השפעת ויסות נגר עילי בערים בארה"ב


נהרקה ורוזנר (Nehrke & Roesner, 2004) דנים בהשפעתן של שיטות שונות למיתון שיטפונות משטח עירוני בשני מקומות בארה"ב: פורט קולינס בקולורדו ואטלנטה בג'ורג'יה. הדמיית נגר עילי רצופה של גשם שעתי למשך תקופה של 50 שנה רצופות יצרה הידרוגרפים של נגר עילי. המחקר משווה בין ההידרוגרפים השונים, או ליתר דיוק ספיקות השיא, בין שלושה מצבים שונים: 1) לפני הבינוי (Undeveloped), 2) לאחר הבינוי ללא אמצעי ויסות ומיתון ((Uncontrolled, ו- 3) לאחר הבינוי וכולל אמצעי ויסות ומיתון בשתי שיטות שונות  (Controls). נבחנו מספר שיטות לוויסות הזרימות השיטפוניות על ידי שילוב של בריכות ויסות (מלכודות נגר). בריכות הוויסות נעשו על פי הנחיות שמפורטות בתקן (1998) ASCE. חושבו נפחי הוויסות הנדרשים לאירועים בתקופות חזרה של 1, 2, 10, 100 שנים. ההבדל המרכזי בין השיטות השונות הוא בארגון שונה של המיקום והגודל של פתחי הריקון במתקני הוויסות. בכל המקרים תוכננו הפתחים לריקון הבריכות תוך 24 שעות, דבר המבטיח פעילות יעילה גם בתנאי סופות גשם עוקבות.


איור 3 ממחיש את השפעת מתקני הוויסות בתקופות החזרה השונות. איור 3a נעשה עבור העיר פורט-קולינס שבבקולורדו ואיור 3b עבור העיר אטלנטה שבג'ורג'יה. מהאיורים הללו מתקבל, כי השפעת מתקני הוויסות על ערכי ספיקות השיא מתבטאת גם באירועים קיצוניים. באירועים נדירים מתקופת חזרה של אחת ל- 10 שנים (שכיחות 0.1) נראה, כי ערכי ספיקות השיא במצב של ויסות קרובים מאוד לאלו של שטח טבעי ללא בנייה, בעוד שערכי ספיקות השיא בשטח בנוי ללא מתקני ויסות גדולים פי 4-5.


 


המסקנה העיקרית מסקירת הספרות הבינלאומית היא כי אם הסדרת מערכות הניקוז מבוצעת אך ורק על ידי הגדלת כושר ההולכה של המובל המרכזי, היא עלולה להחטיא את מטרת ההסדרה ולגרום לסכנות חמורות של שיטפונות. פעולות ההסדרה חייבות לכלול רכיב חשוב של כושר ריסון למערכות הניקוז – דבר שיבטיח ריסון גלי גאות ויגביר את בטיחות המערכת.


 


פוטנציאל הנגר משטחים בנויים


להלן מוצג מידע רלוונטי למחקר הנוכחי שקשור עם תנופת הבינוי המואץ במורדות המערביים של גוש הרי מרכז הארץ. תנופת בינוי זאת מחייבת תשומת לב הידרולוגית. השטחים המישוריים בשפלת החוף בנויים במרביתם. שטחים אלו נחצים על ידי גאיות ונחלים הזורמים מגב ההר (מקו פרשת המים העובר משכם דרך רמאללה לירושלים). כיוון הזרימה העיקרי הוא ממזרח למערב בואך לים תיכון. בעבר הרחוק היה מישור החוף כמעט ריק מיישובים. רכס הכורכר המקביל לקו החוף חסם חלק מזרימות השיא, וכתוצאה מכך נוצרו ביצות. עם יישוב שפלת החוף נעשו גם פעולות ניקוז שאפשרו מעבר זרימות שיטפוניות דרך רכס הכורכר והביאו לייבוש הביצות בשפלת החוף. בחלק מהיישובים והערים לא נשמרו מסדרונות זכות קדימה למוצאי ניקוז עתידיים וכתוצאה מכך גדלה סכנת ההצפות של האזור המיושב.


דוגמה קיצונית לכך קיימת בנתיבי איילון שם לא שמרו עתודות קרקע ברצועה הגובלת בתעלת איילון. מתוך כך תוכניות נוכחיות להגדיל את כושר ההולכה של ספיקות שיא שיטפוניות, נתקלות בהיעדר פס של קרקעות חופשיות מבינוי הנדרש, למשל, לביצוע הרחבת אפיק נחל איילון בקטע נתיבי איילון. הועלה חשש על ידי המתכננים ואנשי מקצוע, כי תוספת הבינוי באגן ההיקוות ירקון איילון תגדיל את ההסתברות לספיקות שיטפוניות. לצורך זה נעשתה בדיקה שתוצאותיה מדווחות כאן, ונקבעה הערכה לספיקות שיא צפויות מהשטחים הבנויים באגן ירקון-איילון. הרחבנו את הבדיקות גם לנחל שורק לקטע האגן המזרחי המושפע מבינוי בירושלים רבתי. הסקר נערך על גבי מפות בקנ"מ 1:50,000 של מפ"י משנת 1999.


גודל השטח הבנוי נקבע בהתאם למספר שיקולים. השטח הבנוי כולל את הבתים, הכבישים הפנימיים, חניות, מדרכות וכן כבישי הגישה ליישוב. ביישובים יהודיים ישנה גם דרך היקפית סביב גדר היישוב. דרך זו תורמת נגר ונלקחה גם כן בחשבון. באיורים 4 ו-5 מסומנים השטחים המבונים באגני ירקון-איילון ושורק המזרחיים, ששימשו כבסיס לסקר הנגר.


בקביעת מקדם הנגר לספיקות שיא ונפח הנגר נלקחו מספר נקודות בחשבון, כמתואר להלן. היישובים היהודיים בנויים ברובם על גבעות או במורדות הרים. רובם בנוי על סלעי גיר הסופגים פחות מים מאשר, למשל, קרקע חולית. פיתוח הניקוז העילי נעשה בצורה מודרנית תוך מתן עדיפות לסילוק מהיר של עודפי מים משטחי  היישוב. שילוב גורמים אלו מביא למקדם נגר גבוה יחסית שערכו 0.6-0.4. גודל השטח הבנוי משפיע גם על מקדם הנגר. ככל שהשטח יקטן כן יגדל מקדם הנגר העילי.


סוג היישוב יהודי/ערבי משפיע על הנגר העילי. בהתיישבות החדשה מותקנות מערכות ניקוז יעילות וטובות, אך אין הן כוללות אוגר  השהיה. לפיכך, צפויות ספיקות שיא בלתי מרוסנות שיוצרות גלי גאות. ביישוב הערבי קיים הבדל ניכר בין בינוי ישן לחדש. בבינוי הישן הבתים צפופים, שטח היישוב קטן יחסית וקיימים מחסומי זרימה רבים, כגון גדרות אבן וכיו"ב. ביישוב הערבי החדש הבתים מרווחים, מערכות הניקוז העילי טובות יחסית: קיימת תופעה של ריצוף בבטון של חצרות שבעבר עיכבו את הנגר, וכיום אחרי ריצופן בבטון הן מגדילות את הנגר.


עבור ספיקת שיא בהסתברות 2% השתמשנו בכללים הבאים, שמסתמכים על ממצאי התחנה לחקר הסחף לספיקות מאגנים קטנים מאוד ומבוטאים בעזרת ערכי ספיקות סגוליות שנמדדו.


ליישוב בשטח של עד 2 קמ"ר - ספיקת השיא במ"ק לשנייה היא מכפלת  שטח היישוב בקמ"ר ב- 3. המקדם 3 מבטא ספיקה סגולית (מודול של 3 שנמצא כמאפיין אגנים קטנים מאוד על ידי התחנה לחקר הסחף).


ליישוב בשטח 2 עד 10 קמ"ר - ספיקת שיא במ"ק לשנייה היא מכפלת שטח  היישוב ב- 2.


ליישוב בשטח העולה על 10 קמ"ר - ספיקת שיא במ"ק לשנייה היא מכפלת שטח היישוב בקמ"ר ב- 1.5.


הערה: בערים הגדולות כגון: רמאללה, אלבירה, אריאל ומודיעין יתכן שהשטח העירוני כולל מספר אגני משנה. במקרה זה מקדם הספיקה הסגולית לכל אגן יגדל, והמקדם המשוקלל לכל עיר עשוי לגדול מהערך 1.5 שהשתמשנו בו.


נפח הנגר לסופת תכן חושב לפי עובי גשם סופתי של 350 מ"מ. העובי הזה מתאים לסופה של דצמבר 1992 בתחנת לוד. אל הממצא הזה מצורפות כמה הנחות וכמה תוצאות המפורטות להלן:


אם גודלו של מקדם הנגר לנפח סופתי יוערך כ- 0.6 ליישוב עירוני, נקבל נפח נגר סופתי (2% הסתברות) הוא:   mm210 = 0.6 × 350.


נפח נגר סופתי ליישוב שווה למכפלת עובי הנגר הסופתי במ"מ בשטח היישוב בדונם.


נפח נגר שנתי חושב לפי עובי הגשם השנתי הממוצע לאזור, שהוא 600 מ"מ ומקדם נגר 0.5.


עובי הנגר השנתי הוא אפוא (300 מ"מ) = 0.5 × 600 מ"מ.


מתוך הנ"ל, נפח נגר שנתי במ"ק ליישוב שווה למכפלת שטח היישוב בדונם ב- 300 מ"מ.


בטבלה 2 מוצגים על סמך הכתוב לעיל נתוני ספיקות השיא, נפח נגר לסופה ונגר שנתי לשטח המיושב באגן היקוות איילון-ירקון ושורק.


מתוך ההנחות לחישובים המוצגים לעיל, מתקבל כי נפח הנגר השנתי הצפוי מהשטח הבנוי באגן ירקון-איילון המזרחי הוא כ – 100 מלמ"ק, וביחד עם הנגר הצפוי מנחל שורק הנפח הוא 126 מלמ"ק. תחזית זו מתבססת על נתוני השטח הבנוי בשנת 1999 ממיפוי 1:50,000. הגדלת השטח הבנוי, הוספה, הרחבה ושינויי תוואי של כבישים עשויים להגדיל הנפח הנ"ל בכ–20% לשנת 2005; כלומר, נפח נגר שנתי של–150 מלמ"ק מחלקם המזרחי של אגני ירקון-איילון-שורק. כיום מגיע רק חלק מהנגר הזה למישור החוף, בשל חלחול מוגבר בקטעי הנחלים הזורמים במסלע סדוק וקרסטי. עם הגברת הבנייה ובעיקר התווית קטעי כביש סמוך לאפיקי הנחלים, תיעלם לאט לאט התופעה של חלחול למבלע הסלע הסדוק והקרסטי האופייני לחלק ההררי-גבעי של האגנים האלו. כתוצאה מכך יגדל אחוז הנגר העירוני שלא יבלע באפיקי הנחלים ויזרום אל מישור החוף תוך הגברה של סכנת השיטפונות. יש אם כן חשיבות כפולה לתפיסת הנגר מהשטח הבנוי למען המטרות האלה:


ניצול מקור מים לא מבוטל (150 מלמ"ק באגני ירקון איילון ושורק) ובהיקף ארצי כ- 400 –500 מלמ"ק.


מיתון שיטפונות במישור החוף ובמיוחד בגוש דן ונתיבי איילון. ניתן לשלב את ניצול המים להחדרה למי תהום ולטיפוח נופי ובתי גידול טבעיים.


ריסון גלי גאות שיטפוניים שמקורם בשטחים הבנויים.


מתוך הכתוב לעיל מתבקש לתפוס את מי הנגר העירוני והנגר מהכבישים ולנצלו למטרות הבאות:


- החדרה למי תהום לצורך אגירה רב שנתית ושאיבה חוזרת.


- פיתוח אגני ובמיוחד העשרה וטיפוח יערות, בוסתנים וחורש סביב היישובים והערים.


- מיתון שיטפונות במיוחד במישור החוף, גוש דן ונתיבי איילון.


- ריסון גלי גאות שמקורם בשטח הבנוי במעלה אגני ההיקוות.


 


השיטה הנראית כיעילה ומתאימה ביותר לתפיסת מי הנגר העילי מתבססת על טכניקת מלכודות הנגר שהודגמה באגן נחל ענבה ממערב לעיר מודיעין. הטכניקה משלבת:


א. פיזור נגר עירוני בשטחים הפתוחים סביב העיר או בקרבת כבישים.


ב. תפיסה והשהיה של נגר באזורים פתוחים בעזרת מלכודות נגר משהות.


ג. מיתון וריסון גלי גאות בערוצים עצמם ובכבישים בעזרת מלכודות נגר מווסתות.


יישום שיטות אלו עשוי להביא לאגני היקוות ירוקים יותר, ידידותיים ויקל על התחבורה והתשתית העירונית במישור החוף.


 


מנגנון היווצרות גלי גאות והתפשטותם


היווצרות גלי גאות כרוכה במספר גורמים ותהליכים הידרולוגיים, כלהלן:


* אופן ירידת הגשם


* הסתברויות לעוצמות גשם


* מהירות ההתנקזות


* כבישים ורכבות כמוליכי גלי גאות


בפסקות הבאות מוצגת התייחסות תמציתית להשפעות של כל אחד מהגורמים הללו.


הגישה הפשטנית המתייחסת לגשם כבעל עוצמה אחידה על פני כל אגן ההיקוות, התחלפה בעשור השנים האחרון בגישה פיזיקלית חדשה לתופעת הגשם. יותר מכל גרם לכך המחקר המתקדם במיפוי גשמים בעזרת מכ"מ מטאורולוגי. כיום ניתן לקבל תמונה של  עוצמת הגשם הרגעית בכל האגנים שממערב לקו פרשת המים המרכזית של ישראל לתקופות קצרות (למשל 15 דקות) או לתקופות ארוכות (24 שעות או סופה). ניתן לקבל מתמונת מכ"מ מטאורולוגי ואינטגרציה של הגשם הרגעי על פני כל תקופת הזמן הרצויה את פירוס עובי הגשם. נתוני המכ"מ מכוילים על ידי השוואה למדידה קרקעית המתבצעת בעזרת מדי גשם רושמים.


ניתוח סופות גשם בעלות פוטנציאל ליצירת הצפות ושיטפונות מצביע על אי אחידות ניכרת במרחב ובזמן. במיוחד בולטת תופעת "גרעיני הסופה" או "מוקדי הסופה". אלו נקודות באגן ההיקוות שבהן עוצמת הגשם המקומי גבוהה בהרבה מהממוצעת לאגן. קיומם של "גרעיני סופה" זוהה בניתוח מרבית אירועי הקיצון המסוכנים. עבודות חשובות נעשות ונעשו על ידי חוקרי התחנה לחקר הסחף של משרד החקלאות, והן כללו ניתוח סופת השיא בחוף הכרמל (זכרון-יעקב) וכן סופת השיא באזור שנמצא צפונית-מזרחית לבאר שבע משנת 2002 (נחל מיתר). בזיכרון-יעקב נמדדו כ-300 מ"מ גשם לסופה בודדת, ועוצמה מקסימלית של כ-100 מ"מ לשעה. ניתוח מהלך הסופה הראה בבירור קיום של "גרעין סופה" בזיכרון יעקב. בתחנות שכנות באותו אגן היקוות נמדדו ערכים קטנים בהרבה. במיתר נמדדו  עוצמות של כ- 150 מ"מ לשעה לפרק זמן של כ-50 דקות. סופות אלו אינן היחידות, ובמהלך 10 השנים האחרונות נמדדו סופות נוספות בעוצמות ובעובי גשם דומה.


ניקוז עילי מתוכנן לגשמים בהסתברויות המחושבות על סמך ניתוח סדרת אירועי גשם ומציאת תקופות החזרה שלהם. ישנו בלבול מושגים ודרכי תכנון שונות בהקשר זה. הסיבה לבלבול זה היא צורת ההתייחסות לאירועי גשם. דרישות התיעול העירוני (ניקוז תת קרקעי של שולי הכבישים) הן לאירועים בעלי תקופות חזרה של 2-5 שנים. דרישות למיתון שיטפונות מתייחסות לעוצמות גבוהות בהרבה ותקופות חזרה של 50 - 100 שנים. בניתוח סופות גשמים שנערך לתחנת בית דגן לתקופה של 25 שנה (מורין וחובריו 1998), ניתן לבחון את ההבדל בין הגישות השונות בצורה כמותית.


עוצמות הגשם לתקופת חזרה של 100 שנים היא גדולה מעוצמת הגשם לתקופת חזרה של 5 שנים בערך פי 2.5 ! (ראו איור 6). במילים אחרות, התיעול העירוני מתוכנן מראש לנקז גשמים  בעוצמה נמוכה בלבד. בעוד שמיתון שיטפונות דורש ניקוז של גשמים בעוצמה גדולה בהרבה (ונדירה). במציאות, כאשר ניתך מטר גשם בעוצמה גבוהה ונוצר נגר עילי, רק חלקו מנוקז על ידי מערכת התיעול התת-קרקעית ומרביתו זורמת על הכבישים. מעניין  לציין, כי יתכן מצב שבו התיעול העירוני מנקז את מי הנגר לכיוון מסוים, בעוד ששיפועי הכבישים הם בכיוון אחר. במקרה כזה מרבית הנגר העילי תזרום על הכבישים בהתאם לשיפועיהם, ולא לפי השיפוע של מערכת התיעול.


נגר עילי ממשטחים בנויים, מכוסי אספלט או מהודקים, נוצר כמעט מידית עם ירידת הגשם. כך יופיע שיא הזרימה בעת שיא עוצמת הגשם. אם מערכת הניקוז/התיעול כוללת השהיות ואוגרים פנימיים, ניתן יהיה להבחין בפיגור בהופעת שיא הזרימות יחסית להופעת שיאי  עוצמות הגשמים.


מערכת ניקוז עירוני לא מרוסנת מתקבלת,כאשר מרבית הזרימה מתרחשת בכבישים ובמדרכות ולא במערכת התיעול התת קרקעית. התופעה בולטת ביותר בערים הבנויות על גבעות או במדרונות. התופעה מחריפה כאשר הכבישים מקבילים לאפיקי מובלי הניקוז. כביש המותווה בקו גובה אחיד מהווה מחסום זרימה ומקטין את הנגר העילי הרגעי, אולם כביש בעל שיפוע אורכי כלשהו (אפילו 1%) מאפשר הגברת הזרימה לאורכו, מכיוון שהכביש חלק יחסית והוא ותעלת הכביש מוליכים היטב מים. מאחר שאין אפשרות טכנית לבנות כבישים אך ורק בקווי גובה אחידים, תיווצר זרימה עילית ניכרת לאורך הכבישים בעלי שיפוע הגדול מכ- 1%. כאשר מרבית השטח התורם נגר עילי מרוצפת אספלט, בטון, מרצפות או עפר מהודק - נוצר נגר עילי לא מווסת ויופיעו שיאי הזרימה בו זמנית עם ירידת מטח הגשם בעוצמות גבוהות, לדוגמה כמו אלו שנצפו לאחרונה עם הופעת המכ"מ המטאורולוגי. זרימות אלו מכונות "גלי גאות". גלי הגאות מתרסנים בדרך כלל במהלך הזרימה במורד התעלות או הנחלים, במיוחד כשמדובר בנחלים טבעיים. אולם אופי הזרימה בכבישים אינו מרוסן, מכיוון שאין שם מרכיב אוגר היוצר השהיה או פתלתלות בדומה לערוץ טבעי.


התוצאה המשולבת של יצירת גל נגר רב עוצמה מעל משטחים אטומים ושילוב השפעת הכבישים שאינם מרסנים זרימות, יוצרת מנגנון של גלי גאות הנוצרים בשטח הבנוי ומתפשטים לאורך מערכת הכבישים ותעלות הניקוז אל מחוץ לעיר.


כבישים מודרניים ומסילות רכבת בנויים כך שהנסיעה בהם אפשרית גם במהירויות גבוהות (לדוגמה, כביש 6). כפועל יוצא מדרישה זאת בנויים הכבישים בעיקומים אנכיים ואופקיים מתונים יחסית. מובן שבנייה כזו דורשת עבודות עפר רבות, גבעות נחצות וגאיות נחסמים. הכביש מצויד בתעלות ניקוז רחבות וזרמיות כדי להבטיח סילוק מהיר של מי נגר עילי גם בזמן "שבר ענן". מיסעות הכביש ותעלותיו מוליכות מים היטב (כי כך תוכננו) ללא ריסון והשהיה. עודפי מי הנגר מסולקים לערוץ הסמוך לכביש וכפועל יוצא מכך מגדילים את ספיקות השיא המקומיות ואִתן את נזקי סחף.


הבינוי במורדות הגבעות ממזרח לכביש 444 בערי הלוויין של גוש דן: ראש העין, אלעד, שוהם, מודיעין עילית (קריית ספר) והעיר מודיעין יוצר גלי גאות. זאת מכיוון שהבנייה חדשה, מערכות הניקוז פועלות היטב ועודפי הזרימה זורמים על פני הכבישים ובתעלות הכביש. ערי הלוויין הללו מחוברות לשפלת החוף על ידי כבישי גישה רחבים ונוחים העשויים להיות מוליכים לגלי הגאות העירוניים בואך שפלת החוף. מערכת הנחלים ותעלות הניקוז זורמת ממזרח למערב ומגבירה את תחום ההתפשטות של גלי הגאות. מערכת הכבישים החדשים המוצגת באיור 7 ממחישה את הבעיה הזאת. בולט במיוחד כביש 443 שבמתכונתו המשופרת בנוי לנסיעה במהירות גבוהה ולכן מוליך נגר עילי אידיאלי. ישנם קטעים שבהם השיפוע האורכי המונוטוני יורד ממזרח למערב לאורך מספר קילומטרים. קטע כזה אוסף כמות רבה של נגר עילי. למשל מהיציאה מגבעת זאב נמשך הכביש בירידה מערבה למרחק ניכר.  עם הרחבת הבינוי במתחם גבעת-זאב צפוי כי גלי הגאות יתפשטו ואולי אף יגיעו לשפלת החוף. גם באזור מודיעין ואלעד קיימות בעיות דומות, ושם המרחק לשפלת החוף קטן יחסית. העיר מודיעין מתנקזת לנחל ענבה, שהוא היובל העליון של נחל איילון שלא מתווסת במאגר משמר איילון. משם גם המרחק לנתב"ג ולנתיבי איילון קצר מאוד.


באיור 8 מצולמת מפת העיר מודיעין תוך הדגשת קווי האפיק הטבעיים ומערכת הכבישים בעיר עצמה. תוואי מרבית כבישי העיר מודיעין מקביל לקווי האפיק הטבעיים. פירושו שקיים שיפוע מונוטוני יורד לאורך נחל ענבה ולאורך הכבישים. צפוי אם כן כי כבישי העיר מודיעין יוליכו גלי גאות למוצא נחל ענבה ליד כביש 1 ירושלים – תל אביב הסמוך. גלי גאות אלו ימשיכו להתקדם באפיק המרכזי של נחל איילון, והם עשויים להגיע לאזור נתב"ג ונתיבי איילון. משמעות עובדה זו היא כי הספיקות הרגעיות הצפויות בנחל איילון כתוצאה מגלי גאות עולות בהרבה (אפילו ב-100% במקרים שנמדדו בחו"ל) מעבר לספיקת התכנון בהסתברות הנקבעת. מערכת מיתון השיטפונות לא מתוכננת לספיגת גלי גאות ועשויה לקרוס כתוצאה מהיווצרותם.


 


מיתון גלי גאות על ידי מלכודות נגר


השיטה הטובה ביותר למיתון גלי גאות מבוססת על השהיה (בדומה לבולמי זעזועים ברכב). השהיה מתקבלת על ידי שימוש בשטחי הצפה, שתוכננו מראש למטרה הזאת, או על ידי מאגרי ויסות. קיימים מספר טיפוסים של מאגרי ויסות (בעלי פתח תחתי, פתח צידי, סוללות אבן מחלחלת וכד'). בניתוח מוקדם שנעשה על ידי צוות מתכננים לצורך פרויקט ירקון-איילון, נבחרו מספר חלופות המבוססות על אגירה. נבחנה חלופה למאגרי ענק במישור החוף, חלופה למאגרים בינוניים הפרוסים באגן ההיקוות, חלופה למאגרי קו התפר, וחלופה של מלכודות נגר קטנות הממוקמות על מקורות הנגר העילי. משיקולי בטיחות, עלויות ומהלך ביצוע מועדפת חלופת מלכודות הנגר הקטנות. מדובר במעין בריכות (לימנים) בתחום נפחים 100-1000 מ"ק הנוצרים כתוצאה מבניית סוללות נמוכות (1 מ') בראשי הגאיות היכן שנוצר הנגר העילי. מלכודות אלו חוסמות את הנגר העילי בהיווצרותו וקוטעות את תהליך היקוות המים לנחלים.


מבחינים במספר סוגי מלכודות נגר:


מלכודת משהה תמוקם בדרך כלל בשולי הגבעות או בראשי הערוצים.


מלכודת מווסתת, הכוללת פתח שחרור מהיר למים כך שהמלכודת תתרוקן תוך חצי-יממה ותאפשר וויסות חוזר בסופות גשם עוקבות. מלכודת מווסתת תמוקם בדרך כלל בערוצים עצמם.


מלכודות לריסון גלי גאות. זוהי מלכודת המקבלת את מימיה ממי הנגר שבתעלות הכביש או מתעלת ניקוז. תעלת הטיה קטנה מוליכה את הנגר מהכביש למלכודת. על ידי כך מרוסן גל הגאות בדומה לפעולת מתקן למניעת הלם מים במערכות הולכת מים סגורות.


הבחנה נוספת אפשרית לפי ייעוד המלכודות:


* מלכודת החדרה למי תהום (תוכנן לנחל ענבה).


* מלכודות להשהיה ולהעשרה של בתי גידול לחקלאות ויערנות (לדוגמה במעלה אדומים).


* מלכודת אקולוגית לניקוי מים מסדימנטים וזיהומים על ידי שיקוע וסינון המים דרך הסוללות (לדוגמה בעין- השופט).


באיורים 9, 10, 11, 12 מוצגות מלכודות שנבנו כבר  על ידי קק"ל במעלה אדומים ובעין השופט. באיור 13 מוצג מדרון מטופל במדרגים ומלכודות נגר במעלה אדומים ומדרון מחורץ וסחוף על ידי נגר עילי, בשולי שכונות במעלה אדומים (בתמונה 13ב').


איורים 14, 15, 16 מתארים מלכודות נגר למיתון גלי גאות. תשומת לב מיוחדת ניתנה ליציאות של הכבישים מהעיר. הניתוח המוקדם של תופעת גלי הגאות הצביע על הכבישים כמוליכי גלי גאות למרחק רב במורד הזרם. המתקן לוויסות גלי גאות מכבישים כולל בדרך כלל את הרכיבים האלה:


א. מתקן לאיסוף מים הזורמים על פני הכביש ובתעלותיו;


ב. מתקן הטיה שיזרים את מי הגאות מהכביש למלכודות הנגר;


ג. מלכודת הנגר עצמה הכוללת מברצים עיליים ופתח שחרור מהיר.


בפסקות הבאות מוצג תיאור תמציתי של כל אחד מהרכיבים האלה.


המתקן לאיסוף מים מהכביש: כולל מעביר מים מטיפוס "אירי" או לחלופין תלולית "במפר", שמטרתם להטות חלק ממי הנגר מהכביש למלכודות נגר. אנשי קק"ל מתכננים דרכי שדה ללא תעלות כביש, אולם מציידים אותן במעבירים "אירים" בצפיפות ממוצעת של 100 מ' בין אחד לשני. בדרכים תלולות ימוקמו המעבירים כל 70 מ' (חיים סהר, 2006). אם יתוכננו "במפרים" במקום מעבירים "איריים", יש לקבוע תלולית (במפר) כל 100 מ' בשיפועים אורכיים קלים ובשיפוע תלול כל 70 מ'. אולם, אין צורך במלכודות נגר לכל המעבירים אלא לפי תכנון המתאים לתנאי השטח.


תעלת הטיה, מטרתה להטות ולהזרים את מי הנגר העודפים  ממעביר המים לגוף מלכודת הנגר. זוהי תעלה פתוחה שיש להתוות אותה בשיפוע יורד מהכביש למלכודת.


מלכודת הנגר היא סוללה הבנויה מעפר או אבן, בגובה של 1 מ' ושיפוע דפנות בהתאם לסוג המילוי. את גוף הסוללה מייצבים באמצעות ייצוב צמחי או באבן. כמו-כן יש לקבוע שני מברצי צד לביטחון ולמניעת גלישת עודפי מים מעל קדקוד הסוללה. במידת הצורך תצויד מלכודת הנגר בפתח שחרור תחתי. קביעת גודל הפתח (הנחיר) תעשה כך שהמלכודת תתרוקן לגובה של 30% מגובה המים המקסימלי תוך 10 שעות. זאת כדי לאפשר למלכודת לתפקד כמאגר ויסות המתרוקן בין גשמים עוקבים. על ידי כך יימנע ככל האפשר מצב שבו יורד גשם חזק, בעת שמלכודת הנגר מלאה מים מסופה קודמת. תכנון מפורט של גודל נחיר פתח היציאה מובא לדוגמה בדו"ח של סיני וחובריו (2005), שהוגש לרשות ניקוז ירקון. באיורים 14, 15 מוצגות מלכודות נגר מווסתות גלי גאות בשני אתרים באגן נחל ענבה. באזור הקרוואנים (איור 14) מוצגות שלוש מלכודות נגר הבנויות בטור וממוקמות במקביל לכביש הגישה מצפון מערב לעיר מודיעין. האיור מראה את מתקן ההטיה, מלכודות הנגר ופתחי הגלישה העיליים (מברצים) והתחתיים. באיור 15 מוצגת מלכודת למיתון גלי גאות הבנויה במקביל לכביש שבערוץ נחל ענבה וכן מלכודות משהות הממוקמות על שיפולי הגבעות. האיור כולל גם את פרטי המתקן.


ויסות גלי הגאות מבוצע על ידי השהיית עודפי הנגר העילי במלכודות הנגר. ההשהיה מושגת על ידי בקרת ערך ספיקת היציאה מהמלכודת כמקובל במאגרי ויסות. עודף נפח המים הנכנסים בספיקה שיטפונית נאצר (אוצר) בגוף המלכודת ומשתחרר בספיקה נמוכה ומתוכננת התלויה בגודל פתח היציאה התחתי. ליתר ביטחון מצוידת המלכודת בשני פתחי חירום עיליים לצידי סוללת המלכודת בנקודת חיבורה עם הקרקע המקומית שבירכתי הערוץ. באיור 15 מוצגות מלכודות מווסתות המתוכננות בנחל ענבה. פתחי החירום במלכודות האלה הם מטיפוס "מברץ צידי"; כמו-כן קיים פתח ניקוז תחתי לוויסות. באיור 16 מוצג תכנון סכמתי של מלכודת מווסתת הכוללת שני מברצי חירום, צינור ניקוז תחתי לוויסות (מבט מעל). תכנון הידרולי של מלכודות נגר דומה לתכנון מאגרי וויסות במערכות ניקוז. מטרת התכנון היא לקבוע את נפח מאגר הוויסות עבור יחס הפחתה רצוי (זהו היחס בין ספיקת היציאה לספיקת הכניסה). מקובל לתכנן את נפח המאגר עבור יחס הפחתה של 50%, כלומר ספיקת היציאה שווה למחצית ספיקת הכניסה   המקסימלית. יתכנו כמובן יחסי הפחתה שונים. שני מאמרים של קסלר ודיסקין(Kessler and Diskin 1991, 1992) מציגים שימוש בביטויים ובנוסחאות אנליטיים לצורכי תכנון של מאגרי ויסות במערכות ניקוז.


 


סיכום ומסקנות


תופעת גלי גאות שיטפוניים עשויה לסכן מערכות ניקוז ולגרום לשיטפונות, מכיוון שערך הספיקה הרגעית בשיא גל הגאות עשוי להיות גדול ב- 100% מספיקת השיא של הנחל המרוסן. שגרות התכן של מערכות ניקוז מייחסות משמעות רבה לכושר ההולכה כפי שהוא מתבטא בספיקת התכן. הנחת התכנון היא כי יש לתכנן עבור ספיקת שיא. גישה זו אינה לוקחת בחשבון השפעות הדדיות ותופעות דינמיות גליות, ולכן קיימת סכנה לגלישות והצפות ממערכות ניקוז שתוכננו לספיקת תכן. נערך סקר נגר עילי צפוי מהשטחים הבנויים במעלה אגני ירקון, איילון ושורק. נמצא כי האזור הבנוי עשוי לתרום כ- 126 מליון מ"ק לשנה ו-88 מלמ"ק לסופת שיא נגר עילי. שילוב של בינוי במעלה אגן ההיקוות, סלילת כבישים מהירים והסדרת ערוצים ותעלות עשוי לגרום לגלי גאות שיטפוניים שיתפשטו לאורך מרחק רב במורד הזרימה.


ניתוח התופעה של גלי גאות תלוי בשילוב של אי אחידות בזמן ובמרחב של  עוצמות הגשם ("גרעיני סופה") עם תפעול של מערכות ניקוז עירוניות ביישובים המשתרעים על גבעות או שיפולי ההרים, המיועדות לסילוק מהיר של הנגר העילי. מערכות הניקוז האלה מתוכננות לגשמים  בתדירות  של  1  ל- 2  עד 1 ל-5 שנים. דרישות למיתון שיטפונות מתייחסות לתדירויות של 1 ל- 50 עד 1 ל- 100 שנה. ההבדל בעוצמת הגשם מגיע ל- 240%. כפועל יוצא מכך מתבצע חלקו המרבי של הניקוז השיטפוני על פני הכבישים ולא במערכת התיעול המסוגלת להוליך רק כשליש מהספיקה הנדרשת. אותם כבישים, כבישי גישה ליישובים וכבישים מהירים, מהווים מוליך טוב לגלי גאות הנוצרים בשטח הבנוי בשל מקדם החספוס הנמוך שלהם וישרות תעלות הכביש.

פעולות הסדרת נחלים ותעלות המיועדות להגדלת כושר ההולכה בלבד מעודדות התפשטות גלי גאות. רק שילוב רכיבי ריסון במערכות הניקוז ימתן את גלי הגאות. עבודה זו מציעה שיטות לריסון גלי גאות המתפשטים בכבישים ובערוצי הנחלים. הוויסות מתבסס על שימוש במלכודות נגר ייעודיות שמותקנים בהן פתחי ניקוז לריקון מהיר. מלכודות אלו פועלות כמתקני ויסות של גלי גאות. שילוב מלכודות נגר מווסתות מודגם בתכנון שנעשה לאגן נחל ענבה ממערב לעיר מודיעין. תוכננו מלכודות מווסתות ביציאות הכבישים מהעיר מודיעין וכן בערוץ נחל ענבה ויובליו. מומלץ ליישם שיטות כאלו באגני ההיקוות שיש בהם סכנת הצפות.
לפרטים נוספים

הדפסה   שלח לחבר

Copyright © 2002 ComLine LTD. All rights reserved.