اعداد : منار المتولى سماحه – باحثة دكتوراه فى علوم البيئة واستخدام الذكاء الاصطناعى والجيوماتكس
- المركز الديمقراطي العربي
المقدمة:
تعانى منطقة شبه جزيرة سيناء عامة من الأخطار والمشكلات التى تسببها السيول، والتى تؤثر على الأنشطة البشرية، حيث تتسم المنطقة بالجفاف وقلة المياه، ولكن سقوط الأمطار بصورة فجائية وبغزارة يسبب السيول العارمة التى تترك وراءها التخريب والدمار.
الفكرة:
تحويل السيول من خراب إلى عمار لابد من استثمار مياه الأمطار وذلك من خلال (الحصاد المائى) وهو ما يعرف بالتقنية التى تستخدم لحجز وتخزين وتجميع مياه الأمطار فى فترة سقوطها بطرق مختلفة حسب الغاية من تجميعها وإعادة استخدامها عند الحاجة اليها سواء للشرب أو للرى أو لتغذية المياه الجوفية.
- الفئات المستهدفة:
- السكان (البدو)
الذين يعانون من خطر السيول، وبحاجة إلى وفرة المياه.
- الدولة
لاستخدام المياه فى استطلاح الأراضى والزراعة.
- آليات التنفيذ:
- منطقة المستجمع وهى حجز مياه الأمطار فى مناطق سقوطها.
وسيلة التخزين وهو المكان الذى تحجز فيه المياه الجارية قد يكون فى خزانات سطحية أو تحت سطحية . المنطقة المستهدفة وهى المنطقة التى تستفيد من المياه التى تم حصادها. ويراعى فى اختيار المواقع الملائمة للحصاد المائى تحديد ارتفاع المنطقة التى يتم فيها حجز المياه وانحدارها، ومعرفة اتجاه المجارى المائية، وتحديد المناطق التى يمكن الإستفادة من المياه، وبعد ذلك تحديد نوع السدود سواء سد ترابى يعترض المجرى المائى مشكلًا خلفه بحيرة، ويتميز بتكاليفها القليلة، و سدود كونكريتية تحتاج إلى تكلفة عالية وتقنيات فنية فى التصميم والتنفيذ.
- أساليب الدراسة:
- التمويل:
وزارة البيئة ووزارة الموارد البيئية والرى
دراسة جدوى بعد القبول المبدئى:
دراسة السوق: فجميع السكان فى حاجة للمشروع وبالتلى السكان هم المستهلكون باستمرار
دراسة فنية: المواد الخام – والعمال لبناء السدود والخزانات
دراسة مالية: حصر أنواع التكليفات
تكليف تأسيسى – تكليف رأسمالى – تكاليف ثابتة – تكاليف اجمالية
المدى الزمنى:
| الزمن بالشهور | النشاط |
| 1 | جمع البيانات |
| 2 | دراسة ميدانية |
| 1 | دراسة تحليلة واحصائية |
| 1 | تصميم السد أو الخزان |
| 3-8 | تنفيذ المشروع ( بناء السدود والخزانات) |
دراسة حالة:
محمية أبو جالوم
تقع محمية أبو جالوم على الساحل الغربى لخليج العقبة بمحافظة جنوب سيناء، وهى تمتد بين دائرتي عرض17/ 25°_ 25//52/ 28 °شمالًا، وبين خطي طول 15/34 °_ 31 // 27ﹶ/ 34 ° شرقًا، شكل (1). وتطل على الطريق بين شرم الشيخ وطابا بمنطقة تسمى وادى الرساسة، ولعمق 5:3 كم من خط الشعاب المرجانية شرقًا وإلى وادى تلة المرة بجبل الحمرة وحتى التقائه بطريق شرم الشيخ _ طابا جنوبا . وتبلغ مساحة محمية أبو جالوم نحو 400 كم2 منها 287.8 كم2 فى اليابس ، وتتميز محمية أبو جالوم بطبوغرافية خاصة حيث تقترب الجبال من الشواطئ وتحتوى على أنظمة بيئية متنوعة من الشعاب المرجانية والكائنات البحرية واللاجونات والأنظمة البيئية الصحراوية والجبلية، وتشتهر المحمية بوجود النظام الكهفى الموجود تحت الماء بمنطقة البلوهول.
شكل (1) موقع منطقة الدراسة
الأساليب المستخدمة فى الدراسة
- الأسلوب الكمى:
وقد تم حساب المتوسطات والإنحراف المعيارى، كما تم دراسة علاقات الإرتباط بين المتغيرات المختلفة وذلك باستخدام برنامج التحليل الإحصائى SPSS . و تم استخدام معادلات لتطبيق نموذج EPM (Erosion Potential Method) لجافريلوفيك Gravrilovoc لتقييم تعرية وانجراف التربة بمنطقة الدراسة، ومعادلات أخرى لحساب الخصائص المورفومترية لأحواض التصريف وشبكاتها.
- أسلوب نظم المعلومات الجغرافية والاستشعار عن بعد:
تم استخدامه فى رسم الخرائط والتحليل المكانى لها، وبناء قاعدة بيانات جغرافية Bulding Geo Data Base لمنطقة الدراسة، وذلك من خلال استخدام مجوعة من البرامج (ENVI – HyrfanPuls – Hec HMS – WMS – Arc GIS – ILLUSTRATOR -Auto Cad) ، حيث يتمثل إنشاء قاعدة البيانات الجغرافية فى التالى:
إدخال البيانات : وهناك نوعان من البيانات المستخدمة:
النوع الأول: البيانات المكانية: والتى تتمثل فى الخرائط الطبوغرافية والجيولوجية، والصور الجوية من (google Eareth pro – Sas Planet)، ونموذج الإرتفاع الرقمى (DEM)، والمرئيات الفضائية وتتمثل فى ( landsat oli 8, 2019 – landsat 7 ETM, 2000 – landsat 5 TM, 1989 – landsat MSS 4, 1975)
وكذلك البيانات المكانية النقطية (Point) وهى أماكن العينات (سواء عينات قطاعات السبخات أو عينات المصاطب النهرية والنباك – عينات التربة للأودية)، وبيانات خطية ( Line) كحدود المحمية والمدقات الترابية داخل المحمية ، أو بيانات مساحية ( Polygon) التى تتمثل فى مساحة النظم البيئية كالأحواض والسهل الساحلى والمناطق الجبلية والسبخات والبحيرات.
النوع الثانى : البيانات الوصفية، وتتمثل فى صفات وخصائص التكوينات الجيولوجية، والبيانات المناخية، وتحليل الرواسب تبعًا لخصائصها الحجمية والكيميائية، ويتم وضع تلك البيانات فى جداول وإضافتها فى طبقات البيانات المكانية فى جداول تسمى Attribute Table.
معالجة البيانات:
- عمل إرجاع جغرافى للخرائط ثم دمج الخرائط الطبوغرافية ودمج المرئيات الفضائية وتصحيحها ( تصحيح مورفومترى وتصحيح هندسى من خلال برنامج envi)، وإعادة تصنيف البيانات وترتيبها Reclassify .
- العمليات الهندسية : وذلك من خلال توحيد نظام الاسقاط والمقياس، وعمل الترقيم (Digitizing): حيث تم إدخال الخرائط لبرنامج Arc Map ورسم الظاهرات المكانية.
- إجراء عمليات التحليلات الإحصائية للظاهرات، وأخذ القياسات المورفومترية من على المرئيات الفضائية.
إخراج البياناتData output:
ويتم إخراجها فى صورة خرائط بها أساسيات الخريطة كاملة، أو على هيئة جداول ورسومات بيانية.
مراحل الدراسة
مرت الدراسة بعدة مراحل تتمثل فى:
- مرحلة العمل المكتبى:
تمثلت فى جمع البيانات والإطلاع على كل ماكتب عن منطقة الدراسة أو عن الدراسات البيئية والمحميات الطبيعية والظاهرات الجيومورفولوجية، بالإضافة إلى الاطلاع على (الخرائط الطبوغرافية خرائط بمقياس 1: 100000 من الهيئة العامة للمساحة عام 1996 ، والخرائط الجيولوجية مقياس 1: 500000 من المساحة الجيولوجية المصرية عام 1994، كما تم الاطلاع على المرئيات الفضائية Landsate 8 – لفترات زمنية مختلفة (من 1975 إلى 2019)، بالإضافة إلى الصور الجوية لبرنامج Google Earth pro – Arc Gis Online –Sasplenet )، مع جمع البيانات المتوفرة لدى المراكز البحثية والهيئات الحكومية.
- مرحلة الدراسة الميدانية:
حيث تم إنجاز العمل الحقلى وعمل مسح شامل للظاهرات الجيومورفولوجية فى منطقة الدراسة وإجراء عمليات القياس المورفومترى وأخذ عينات للرواسب، والتقاط بعض الصور الفوتوغرافية للظاهرات، ورصد وتسجيل الأخطار التى تتعرض لها المحمية من سيول وحركة مواد ، بالإضافة إلى الأخطار التى تهدد الشعاب المرجانية.
- مرحلة العمل المعملى:
تم إجراء عمليات تحليل الخصائص الطبيعية والكيميائية والمعدنية لعينات قطاعات الرواسب التى تم جمعها أثناء العمل الميدانى، وكانت 12 عينة تم تحليلها تحليل كيميائى و 36 عينة تم تحليلها ميكانيكى وشملت على 12 عينة للسبخات و 12عينة للمصاطب النهرية و6 عينات للنباك و6 عينات لقاع بحيرة البلولاجون، وتم إجراء التحليلات الميكانيكية و الكيميائية والمعدنية بمعمل كلية زراعة بجامعة المنصورة.
الخصائص التضاريسية
- الخريطة الكنتورية وقطاعتها التضاريسية
- التضاريس النسبية
- الانحدار
تعد محمية أبو جالوم ذات طبوغرافية خاصة حيث تقترب الجبال من الشواطئ، وتتسم معظم الكتل الجبلية بوجود الحافات الجرفية، والسفوح المستقيمة شديدة الانحدار والقمم المدببة.
وتم تقسيم درجات الانحدار بالمنطقة الى:
- مناطق ذات انحدار شديد جدًا (أكثر من30 º): تبلغ مساحة هذا المنطقة (55,9كم2)، بنسبة (19,9%) ويسود هذا النمط من التضاريس فى الحافات الصدعية والمنحدرات الجرفية التى تطل على خليج العقبة مباشرة ومناطق المنابع العليا للأودية التى تمثل خط تقسيم المياه.
- مناطق ذات انحدار شديد (º20 – º30): تبلغ مساحة هذه المنطقة 92,3كم2، بنسبة ( 32,9%).
- مناطق متوسطة الانحدار (º10 – º 20): تبلغ مساحة هذه المنطقة (85.2 كم2)،بنسبة (30.4% ) ويسود هذا النمط من التضاريس الحافة الجبلية حيث تبدو جوانبها شديدة الانحدار.
- مناطق ذات انحدار هين (10 º 0 – º): تبلغ مساحة هذه المنطقة (47.2 كم2)، بنسبة (16.8%)، ويسود هذا النمط من التضاريس معظم أراضى السهل الساحلى ويتوزع فى نطاق شريطى يمتد من الجنوب صوب الشمال ويرجع ضيقه إلى اقتراب الحافة الجبلية من خليج العقبة حتى تكاد أن تلامسه، وتمتاز هذه المنطقة بتقطعها بشكل عام بفعل المجارى المائية، وتظهر على قمم بعض المراوح الفيضية وعند مخارج الأودية ومخارج روافدها كما هو الحال فى أودية عميد ، الرساسة، أم الأفاعى وختاجة .
شكل ( 2) الخريطة الكنتورية شكل (3) انحدارات منطقة الدراسة
التضاريس النسبية:
- منـاطق شديـدة التضـرس :
تشمل الأراضي التي يبلغ تضرسها (600 متر) فأكثر، وتبلغ مساحتها (124,1 كم2)، بنسبة تقدر (44%) من جملة مساحة المنطقة، وتشمل مناطق الجروف الرأسية المتركزة في الجزء الغربى من منطقة الدراسة، وقد كان لصلابة الصخور التي تتألف منها هذه المناطق ومقاومتها لعوامل التعرية، إلى جانب حركات الرفع التي أصابت هذا الجزء من المنطقة، أثرها في إيجاد هذا النوع من التضرس.
- منـاطق فـوق متوسـطة التضـرس :
تضم الأراضي التي يتراوح تضرسها ما بين (400 – 600 م)، وتبلغ مساحتها بنحو(83,4 كم2 ) بنسبة( 29.6%) من جملة مساحة المنطقة، وتتركز بصفة أساسية في الإقليم الجبلي والحافات الجبلية، حيث تمثل المناطق الانتقالية التي تفصل الأراضي شديدة التضرس عن الأراضي متوسطة وخفيفة التضرس، حيث تظهر في الإقليم الجبلي على منحدرات جوانب أودية عميد، أحمر و شلالة.
- منـاطق متوسـطة التضـرس:
تشمل الأراضي التي يتراوح تضرسها ما بين (200 – 400 ) م، وتبلغ مساحتها بنحو(48,3 كم2)، بنسبة (17,1% ) من مساحة المنطقة، وتتركز هذه الأراضي بصفة أساسية في الإقليم الجبلي، حيث تشغل مساحات واسعة من حوض واديى الروحيبات وأم الأفاعى، وتتميز الرواسب المنتشرة في هذه المناطق بكثرة وجود الكتل والجلاميد الصخرية الناجمة عن نشاط عمليات التجوية والتساقط الصخري من على منحدرات الجبال والحافات الجبلية، إلى جانب الرواسب الخشنة التي ألقت بها الأودية عند هذه المناطق.
- منـاطق قليلة التضـرس:
تشمل الأراضي التي يقل تضرسها عن(200 م) وتشغل مساحة صغيرة تقدر بنحو(26,1كم2، بنسبة 9,3%) من جملة مساحة المنطقة ، وتضم هذه المناطق تقريباً كل الأجزاء المستوية هينة الانحدار، والتي تمثل نطاقًا يلتف حول الكتلة الجبلية من جميع الجهات تقريبًا، حيث إقليم البهادا في الجزء الشرقى لمنطقة الدراسة، وإقليم الكثبان الرملية والبيديمنتات التي تمتد عند الحافات الجبلية، والجزء الأدنى من وادي الرساسة، بالإضافة إلى بعض المناطق شبه المستوية في وسط الإقليم الجبلي والتي تمثل بعض بقايا أسطح التعرية، وأغلب هذه المناطق مغطاه برواسب مفككة ومتعددة المصادر، كما أنها تتباين في أحجامها وأشكالها وأنواعها من مكان لآ خر
شكل(4) التضاريس بمنطقة الدراسة
الخصائص المناخية
تم دراسة عناصر المناخ لمنطقة الدراسة من درجات الحرارة والتبخر والرطوبة والأمطار لمحطات مناخية الأقرب
شكل (5)موقع المحطات لمنطقة الدراسة
استخراج الأودية
تم عمل نمذجة هيدرولوجية لأحواض التصريف بمنطقة الدراسة باستخدام برنامج Arc Gis وذلك بتحديد نموذج الارتفاعات الرقمية DEM، ومن خلال Tool Box تم عمل Fillلنموذج الارتفاعات الرقمية، ثم استخراج طبقة Flow Direction وحساب Flow Accumulation وتحويل المجارى المائية من Raster إلى Vector، ثم استخراج أحواض التصريف بواسطة الأداة Basin ، ثم تحويل الأحواض من Raster إلى Vector شكل ( ). وبناءً عليه تم دراسة ثمانية أحواض تصريف وادى سخن وأم الافاعى والرساسة وعميد والرحيبيات وطلقة وأبومأ وأبو طريق، شكل( ). وقد تأثرت نشأة الأودية بعدة عوامل مثل البنية الجيولوجية ونوع الصخر والظروف المناخية، فتتباين أحواض تصريفها فى خصائصها المورفومترية والتضاريسية .
شكل ( 6 ) نموذج هيدرولوجى لأحواض التصريف
شكل( 7) أحواض التصريف بمنطقة الدراسة
الأخطار الجيومورفولوجية المرتبطة بالسيول :
تعانى منطقة جنوب سيناء عامة من الأخطار والمشكلات التى تسببها السيول، والتى تؤثر على الأنشطة البشرية، حيث تتسم منطقة الدراسة بالجفاف وقلة المياه، ولكن سقوط الأمطار بصورة فجائية وبغزارة يسبب السيول العارمة التى تترك وراءها التخريب والدمار.
- تصنيف الأحواض حسب خطورة السيول:
- يمكن تحديد درجات خطورة السيل اعتمادًا على المعاملات الهيدرولوجية والمورفومترية لأحواض منطقة الدراسة حيث إنه كلما ارتفعت القيم المسجلة فى الحوض كلما كانت السيول التى تجرى بها على درجة عالية من الخطورة والعكس صحيح
- وتحدث السيول فى منطقة الدراسة تاركه أثرًا كبيرًا خاصة بإنها تتميز بأنها منطقة جبلية مرتفعة ذات سفوح منحدرة والتى من السهل تعرضها لفيضانات سيلية فى بطون الأودية ،صورة(1).
صورة (1) أثر السيول فى بطن وادى تل المرة بمنطقة الدراسة
- وترتبط درجة خطورة الأحواض ارتباطًا طرديًا بالمعاملات الجيومورفولوجية، فالقيم المرتفعة لكثافة التصريف يدل على قلة النفاذية، وبالتالى زيادة الخطورة. وكانت أعلى قيمة لأخطار السيول فى حوض وادى عميد (10.9) وأدنى قيمة لحوض وادى بومأ (5.3).
- وتم تقسيم الأحواض إلى ثلاثة فئات من حيث درجة خطورة السيول جدول ( )،شكل( ):
- أحواض شديدة الخطورة(وتبلغ درجة خطورتها 10.9): وتضم حوض وادى عميد ، وذلك لشدة انحداره وتكويناته غير قابلة للنفاذية، وبالتالى تتجمع المياه بنسبة عالية، مما يؤدى إلى سرعة جريانها .
- أحواض متوسطة الخطورة (وتبلغ درجة خطورتها أقل من 10.9 حتى8.4): وتضم ثلاثة أحواض الرساسة وأم الأفاعى والروحيبيات.
- أحواض قليلة الخطورة ( تبلغ درجة خطورتها أقل من 8.4): وتضم ثلاثة أحواض سخن وأبومأ وأبو طريق، وذلك لإنخفاض قيم كثافة التصريف ومعدل تكرار المجارى.
جدول ( 1) حساب درجة خطورة السيول لأحواض التصريف
| )Flood Hazardخطر السيول ( | الأحواض |
| 8,7 | الرساسه |
| 10,6 | عميد |
| 6,4 | سخن |
| 8,9 | أم الأفاعى |
| 5,3 | أبومبأ |
| 7,8 | طلقة |
| 8,4 | روحيبيات |
| 6,5 | أبو طريق |
| 5,3 | أدنى قيمة |
| 10,9 | أعلى قيمة |
شكل( 8) درجات خطورة السيول لأحواض التصريف بمنطقة الدراسة
- العوامل التى تؤثر على فى حدوث السيول: تُعد السيول نتاجًا لعدة عوامل أهمها:
العوامل المناخية حيث يوجد علاقة طردية بين السيول وكمية المطر، فكلما زادت كمية المطر زاد حجم تصريف الأحواض وبالتالى زادت كمية الجريان السطحى ممايؤدى إلى حدوث السيول. وأيضا يوجد علاقة طردية بين اتجاه وسرعة الرياح والسيول فكلما زادت سرعة الرياح وكانت اتجاهها فى ناحية المصب أدى ذلك إلى زيادة سرعة المياه وبالتالى زيادة خطورتها.
وذلك بالإضافة إلى العوامل الجيولوجية والمورفومترية لأحواض التصريف، والعوامل الهيدرولوجية مثل زمن التباطؤ والتركيز، وكمية الأمطار الساقطة وكمية الفواقد سواء عن طريق التبخر أو التسرب.
وتتميز السيول في المناطق الجافة بالسرعة العالية وتكون لها قمة جريان حادة، وتكون محملة بالرواسب والكتل الصخرية الكبيرة الحجم التي تكتسح العمران الموجود ببطون الأودية مما يزيد من الأضرار الناتجة عنها. ويعد تحليل بيانات الأمطار أحد أهم الوسائل في مجال الهيدرولوجيا, وتحليل هذه البيانات من خلال دراسة أغلب عناصر الهيدرولوجيا يساهم في تحديد حجم المياه وتقدير الخطر المتوقع. وبعد دراسة الخصائص الهيدرولوجية لأحواض التصريف كما فى الفصل الثانى، يجب حساب الميزانية المائية وتحديد فائض الجريان المتبقى بعد حساب الفوافقد وذلك من خلال بعض المعادلات الرياضية.
- التحليل التكرارى للأمطار اليومية القصوى:
يعتبر التحديد الدقيق لكميات الأمطار التى سقطت على منطقة الدراسة من أهم العوامل التى تساعد فى حساب السيول المتجمعة من تلك الأمطار، ويعتبر عمق المطر العامل الرئيسى والمؤثر على حدوث السيول، والتى يجب أخذها فى الإعتبار عند التخطيط والمشاريع الإنشائية. وقد تم عمل التحليل الإحصائى لأقصى قيم للأمطار اليومية خلال فترة زمنية معين،ة ثم تحديد عمق المطر لفترات تكرارية مختلفة (2-3-5-10-20-50-100سنة)، جدول(59)، وذلك باستخدام برنامج التحليل الإحصائى HyfranPlus. ومن خلال تطبيق التوزيعات الإحتمالية المختلفة لبيانات الأمطار فى محطة نويبع وجد توزيع Lognormal هو التوزيع الأنسب، وبالتالى تم استخدامه لإجراء التحليل الاحتمالى لتحديد عمق المطر بأزمنة تكرارية مختلفة حيث بلغت قيمة عمق المطر لفترة تكرارية 100 عام هى (142ملم)، ويوضح جدول (60) منحنى التوزيع الإحتمالى لبيانات المحطة بالطرق التالية :
(Normal, Log-Normal , Log-Person type III , Person Type III , Gumbel , Exponential ). شكل(9).
جدول (2) ملخص هطول المطر محطة نويبع
| Number of observations | 32 |
| Minimum | 7,9 |
| Maximum | 85,1 |
| Standard deviation | 22,2 |
| Median | 34,1 |
| Coefficient of variation (Cv) | 0,598 |
| Skewness coefficient (Cs) | 0,702 |
| Kurtosis coefficient (Ck) | 2,31 |
جدول(3) التوزيع الإحصائى للأمطار عند الأزمنة التكرارية المختلفة
| التوزيع الاحصائى | عمق المطر التصميمى للأزمنة التكرارية المختلفة | ||||||
| Return period | 2 | 3 | 5 | 10 | 20 | 50 | 100 |
| Normal | 37,1 | 46,6 | 55,8 | 65,5 | 73,6 | 82,7 | 88,7 |
| log – Normal | 30,6 | 40,7 | 53,3 | 71,3 | 90,6 | 119 | 142 |
| Log – Normal Taype 3 | 31,5 | 41,4 | 52,8 | 67,9 | 83 | 103 | 118 |
| person Taype 3 | 30,2 | 41,4 | 53,9 | 70,9 | 87,5 | 109 | 125 |
| Cambel | 33,1 | 42,4 | 52,8 | 65,8 | 78,3 | 94,5 | 107 |
| Expoentail | 27,8 | 40,1 | 55,5 | 76,4 | 97,2 | 125 | 146 |
شكل (9) منحنى التوزيع الاحتمالى لبيانات المحطة بطريقة Normal
شكل (10) منحنى التوزيع الاحتمالى لبيانات المحطة بطريقة Log – Normal
شكل (11) منحنى التوزيع الاحتمالى لبيانات المحطة بطريقة Log – Normal type 3
شكل (12) منحنى التوزيع الاحتمالى لبيانات المحطة بطريقة Pearson type 3
شكل (13) منحنى التوزيع الاحتمالى لبيانات المحطة بطريقة Gumbel
شكل (14) منحنى التوزيع الاحتمالى لبيانات المحطة بطريقةExponential
ويوضح الجدول (4) والأشكال السابقة أن قيمة الأمطار في محطة نويبع لفترة رجوع (20 – 50 – 100) سنة بطريقة Lognormal (90.6 – 119 – 142) ملم على التوالى. وتم تطبيق فترة رجوع 100 سنة بكل الطرق وكانت أعلى قيمة لكمية المطر (146) ملم بطريقة Expoentail وتكون قيمة صافى الجريان بالموجب فى أحواض منطقة الدراسة وذلك لأن إجمالى التساقط أكبر من إجمالى الفواقد مما يؤدى إلى حدوث الجريان، وأقل قيمة (88.7) ملم بطريقة Normal.
- منحنيات الكثافة Intensity-Duration-Frequency (IDF) Curves:
الغرض من ملاءمة البيانات للتوزيعات الإحصائية هو تقدير احتمالية شدة هطول الأمطار الشديدة لفترة رجوع معينة (T). أولًا يتم حساب الحد الأقصى لهطول الأمطار لفترة عاصفة معينة (Pt) ، ثم يتم تحويلها إلى كثافة (عادةً بوحدات مم / ساعة). وتعد قيمة الكثافة ضرورية للعديد من حسابات التصميم ، والأكثر شيوعًا لتحديد تدفق ذروة الجريان السطحي. كما أن هناك حاجة إلى قيم الإرجاع المقدرة لإنشاء منحنيات كثافة التردد (IDFcurves) ، والتي تُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الهندسية، وتوضح هذه المنحنيات العلاقة بين شدة هطول الأمطار ومدة العاصفة لفترة العودة النشطة. ولحساب IDF curves لابد من معرفة الانحدار وطول المجرى الرئيسى للحوض لحساب زمن التركيز وبالتالى حساب زمن التباطؤ lag timeوذلك على النحو الآتى:
- زمن التركيز concentration time:
يعتبر من أهم المتغيرات المستخدمة فى النماذج الهيدرولوجية المعتمدة، ومع ذلك، لا يوجد تعريف علمى محدد مقبول عالميًا لهذا المتغير شديد الأهمية ،وربما يكون التعريف الأكثر تعبيرًا عن الخصائص الهيدرولوكية والطبيعية لزمن التركز هو أنه مدة الرحلة التى تستغرقها قطرة مياه سقطت على أقصى حدود الحوض ثم عبورها المجرى الرئيسى حتى المصب (Ockert & Jeff.2014,p.1939:Perdikaris et.al,2018,
(p.58. وتتعدد معادلات زمن التركيز وتُعد معادلة كربتش الأكثر استخدامًا وتستخدم فى البيئة الصحراوية الجافة وتوجد عدة صيغ لهذه المعادلة كما يلى ( Ockert & Jeff,2014p.224):
Tc=0.0663
حيث: Tc= زمن التركز L =طول المجرى الرئيسى(كم) s =معدل الإنحدار(s/s)
وقام كلا من Rowe and Thomas.1942 بمراجعة معادلة كربتش وإجراء بعض التعديلات عليها وقدما الصيغة التالية( Loukas and Quick, 1996,p.13):
Tc=0.000325
حيث: Tc= زمن التركز L =طول المجرى الرئيسى(كم) s =معدل الإنحدار(s/s)
كما اقترح كلا من (Ockert & Jeff, 2014,p.1942) معادلة لحساب زمن التركيز:
Tc=
حيث: Tc= زمن التركز LcH =طول المجرى الرئيسى(كم)
cH s =معدل الإنحدار(s/s).
ويتضح من تحليل جدول(1) تباين زمن التركيز فى أحواض التصريف، حيث تراوحت القيم بين (1.96 – 0.27 ) ساعة لحوضى الرساسة والروحيبيات، وبلغ المتوسط العام 0.83 ساعة، حيث كلما انخفضت قيمة التركيز دلَ ذلك على ارتفاع درجة الخطورة، لأن الماء سيستغرق وقتًا قصيرًا فى الوصول إلى مخرج الحوض، ويصعب وضع أجهزة الإنذار للأحواض شديدة الخطورة وذلك لسرعة وصول المياه إلى مخارج الأودية.
جدول(5) زمن التركيز TC لأحواض التصريف
| المتوسط العام | ابو طريق | روحيبيات | طلقة | بومأ | أم الأفاعى | سخن | عميد | الرساسة | الأحواض |
| 0,83 | 0,33 | 0,27 | 0,34 | 0,5 | 0,58 | 1,35 | 1,29 | 1,96 | TC (hr) |
زمن التباطؤ TL:
يعرف زمن التباطؤ بأنه الفترة المحصورة بين بداية تولد الجريان ووصوله لبدايات المجاري المحددة ويمثل الوقت الذي ترتفع فيه معدلات التسرب، و يكون مرتفعًا في حالة السطوح المنخفضة الانحدار والأجزاء شبه المستوية بسبب انخفاض فعل الجاذبية الأرضية على هذه السطوح. وتؤدى مثل هذه الظروف إلى المزيد من الفواقد عن طريق التبخر والتسرب، مع تراكم المياه لمدة أطول والعكس، حيث تعمل الانحدارات الشديدة علي انخفاض الفواقد ومعامل التباطؤ، وبالتالي زيادة في سرعة وحجم التصريف .
ويعتبر زمن التباطؤ هو الفترة الزمنية بين ذروة العاصفة المطرية وقمة منحنى التصريف، وقد ذكر عدد من الباحثين أن زمن التباطؤ يساوى 60% من زمن التركيز( Loukas & Quick,1996Kp.13)، ويتم حسابها من خلال المعادلة التاية:
TL = 0.6 Tc
ويتضح من تحليل جدول() أن المتوسط العام لزمن التباطؤ بأحواض منطقة الدراسة (0.5) ساعة. وتتراوح أعلى زمن التباطؤ مابين (1.18) لوادى الرساسة، وأقل زمن تباطؤ (0.2) ساعة لحوضى طلقة وأبوطريق.
جدول(4) زمن التباطؤ TL لأحواض التصريف
| المتوسط الحسابى | أبو طريق | روحيبيات | طلقة | بومأ | أم الأفاعى | سخن | عميد | الرساسة | الأحواض |
| 0,5 | 0,2 | 0,16 | 0,2 | 0,3 | 0,35 | 0,81 | 0,77 | 1,18 | TL (hr) |
المصدر: من عمل الطالبة باستخدام المعادلات السابقة
- النمذجة الهيدرولوجية باستخدام HEC-HMS:
يتم تطوير نموذج HEC-HMS بواسطة مركز الهندسة الهيدرولوجية التابع لسلاح المهندسين بالجيش الأمريكى، وذلك لمحاكاه العمليات الهيدرولوجية الخاصة بالأمطار والجريان السطحى فى أحواض التصريف (Scharffenberg,2013,p.1). ويعمل على حساب المعاملات الهيدرولوجية مثل حساب منحنيات التصريف، وحساب كمية الفواقد والجريان السطحى. ونظرًا لعدم توافر قياسات فعلية عن السيول التى حدثت فى منطقة الدراسة فقد تم استخدام هذا النموذج. وتعتمد الدراسة فى تصميم العاصفة على النوع المتخصص للمناطق الجافة وشبه الجافة والمعروف باسم SCS-Type 2 ويفترض هذا النوع أن المطر يسقط خلال 24 ساعة (USDA,2015,p.46). ويتم توزيع المطر فى العاصفة التصميمية اعتمادًا على أقصى عمق للمطر، وتم حسابه على فترة 100 سنة.جدول ().
جدول(5) نتائج تحليل نموذج HEC-HMS على أحواض التصريف
| الفواقد الكليةTotal loss(1000m3) | الجريان السطحى Total Direct Runoff(1000m3) | التساقط الكلىTotal pereciptation(1000m3) | أقصى تصريف peak Discharge(m3/s) | المساحة
(كم2) |
أحواض التصريف |
| 3431,7 | 4182,5 | 7614,2 | 260,7 | 75,3 | الرساسة |
| 587 | 715,4 | 1302,4 | 104,5 | 12,88 | أم الأفاعى |
| 102,1 | 124,4 | 226,5 | 25,1 | 2,24 | أبو طريق |
| 352,3 | 429,4 | 781,6 | 68,5 | 7,73 | بومأ |
| 118,5 | 1444,4 | 262,9 | 33,1 | 2,6 | روحيبيات |
| 1810,2 | 2206,2 | 4016,4 | 181,2 | 39,72 | سخن |
| 193,2 | 235,5 | 428,7 | 47,5 | 4,24 | طلقة |
| 3170,6 | 3864,2 | 7034,8 | 328,8 | 69,57 | عميد |
المصدر: من عمل الطالبة اعتمادًا على برنامجHMS Hec-
ويتضح من الجدول السابق أن قيمة صافى الجريان بالموجب فى أحواض منطقة الدراسة وذلك لأن إجمالى التساقط أكبر من إجمالى الفواقد مما يؤدى إلى حدوث الجريان. وكان أقصى قيمة للجريان فى وادى الرساسة ( 4182.5) 1000 م3، وأدنى قيمة للجريان فى وادى أبو طريق (124.4) م3.
شكل (15).
المصدر: اعتمادًا على نتائج تطبيق نموذج HEC-HMS
شكل (15) منحنيات التصريف عند فترة رجوع 100 سنة
شكل (16) منحنيات التصريف عند فترة رجوع 100 سنة
شكل (17) منحنيات التصريف عند فترة رجوع 100 سنة
شكل(18) منحنيات التصريف عند فترة رجوع 100 سنة
ويتضح من تطبيق النموذج الهيدرولوجى لأحواض منطقة الدراسة عند فترة الرجوع 100 سنة، نجد أن أقصى تصريف بلغت قيمته 328.8 م3/ثانية لوادى عميد، و أدنى تصريف بلغت قيمته 33.1 م3/ثانية لوادى الروحيبيات. على الجانب الآخر نجد أنه كلما زاد تصرف السيل فى الحوض زادات قدرته على النحت والنقل وبالتالى ارتفعت درجة خطورته. ويوجد اختلافات كبيرة فى حجم السيول المتوقعة عند فترة رجوع 100 سنة، حيث يتراوح حجم السيل مابين ( 7614.2 ألف م3 ) لحوض الرساسة و(226.5 ألف م3) لحوض أبو طريق. ويرجع قلة حجم السيول لقلة مساحة الحوض وانحدار السطح وانخفاض قيمة المنحنى العددى وزيادة زمن التباطؤ كما فى أحواض الروحيبيات و أبو طريق وطلقة وبومأ. ويزداد حجم السيل فى أحواض الرساسة وسخن وعميد وأم الأفاعى.
- كيفية الحد من أخطار السيول والإستفادة منها:
تتسبب السيول فى العديد من الخسائر بالأرواح والممتلكات والمبانى، ويتم إهدار المياه دون الإستفادة منها على الرغم بحاجة البدو إليها لطبيعة المنطقة الجافة، وتحاول الدراسة وضع مقترحات لتفادى خطر السيول وكذلك محاولة الإستفادة من مياه السيل وذلك على النحو الآتى:
- طرق الإنذار:
- باستخدام الدراسات العلمية الحديثة والتقدم التكنولوجى عن طريق الإنذار المبكر بحدوث السيول، وهذا الدور تؤديه الهيئة العامة للأرصاد الجوية وذلك من خلال الرصد بالأقمار الصناعية التى توفر البيانات المناخية الكافية بإتباع عمليات الرصد اليومية وتحليلها بدقة ودراسة الظاهرات الجوية المصاحبة للسيول، ومايحدث من عدم استقرار واضطرابات تؤدى إلى سقوط الأمطار
- إنشاء محطات رصد مناخية على الأودية ذات الاحتمالية الكبيرة لحدوث سيول عنيفة.
- طرق الحماية:
- على الرغم من عدم وجود تجمعات عمرانية كثيرة بمنطقة الدراسة سوى بعض العشش والمبانى الصغيرة التى يعيش فيها البدو عند مروحة عميد والرساسة، إلا أنهم عرضة لخطر السيول وفى حاجة ماسة إلى المياه، حيث تعتبر مياه السيول مصدر أساسى لهم، وبالتالى يجب مراعاة الأماكن المثلى للمبانى حيث يجب أن تبتعد عن مجرى السيل، واستخدام مواد مناسبة للبناء لمقاومة خطرالسيول وقوتة اندفاعه.
- ضرورة توثيق الأضرار البيئية الناجمة عن السيول ومعالجتها من قبل الجهات المختصة بكل دقة وعناية.
- إيجاد الحوافز المادية المجزية للعاملين فى مواجهه الكوارث، وإيجاد البرامج التدريبية فى مجال الأمن البيئى.
- طرق الإستفادة:
تتسم أودية منطقة الدراسة بأنها موسمية الجريان، حيث تتوافر المياه فى موسم سقوط الأمطار وتنعدم فى مواسم أخرى، لذلك لابد من طريقة لاستثمار مياه الأمطار وذلك من خلال (الحصاد المائى) وهو ما يعرف بالتقنية التى تستخدم لحجز وتخزين وتجميع مياه الأمطار فى فترة سقوطها بطرق مختلفة حسب الغاية من تجميعها وإعادة استخدامها عند الحاجة اليها سواء للشرب أو للرى أو لتغذية المياه الجوفية ومن مكونات نظام الحصاد المائى هى : منطقة المستجمع Catehment وهى حجز مياه الأمطار فى مناطق سقوطها، وسيلة التخزين Storage Facitity وهو المكان الذى تحجز فيه المياه الجارية قد يكون فى خزانات سطحية أو تحت سطحية ، المنطقة المستهدفةTargct area وهى المنطقة التى تستفيد من المياه التى تم حصادها. ويراعى فى اختيار المواقع الملائمة للحصاد المائى تحديد ارتفاع المنطقة التى يتم فيها حجز المياه وانحدارها، ومعرفة اتجاه المجارى المائية، وتحديد المناطق التى يمكن الإستفادة من المياه، وبعد ذلك تحديد نوع السدود سواء سد ترابى يعترض المجرى المائى مشكلًا خلفه بحيرة، ويتميز بتكاليفها القليلة، و سدود كونكريتية تحتاج إلى تكلفة عالية وتقنيات فنية فى التصميم والتنفيذ. وبناءً عليه وبالاستعانة بنموذج الارتفاع الرقمى والدراسة الميدانية، تم تحديد أربع مواقع افتراضية لإقامة السدود، وذلك عند وادى سخن والرساسة وعميد وبئر العقدة، شكل() لحجز مياه السيول وتخزينها، وتقليل كمية المياه الواصلة إلى المصب.
شكل (9) أماكن مقترحة لانشاء السدود بمنطقة الدراسة
وتم دراسة سد وادى الرساسة كدراسة حالة، حيث تم اقتراح بناء سد به عند منسوب (40متر)، وذلك بعد عمل قطاع تضاريسى مناسب عند مصب الوادى يوضح الارتفاعات والانحدار لتلك المنطقة التى مر بها القطاع، شكل(10)
شكل(10) اقتراح سد لوادى الرساسة
شكل(11) القطاع التضاريسى عند مصب وادى الرساسة
ومن خلال الشكل السابق يتضح أن أقصى ارتفاع للسد 80 متر، عند منسوب 120 متر، وتم تجربة أكثر من سد بإرتفاع مختلف مابين 20: 80 متر شكل () ، ومعرفة عرض كل سد لسهولة معرفة التكاليف لانشاءه ومعرفة العلاقة مابين ارتفاع السد وعرضه،جدول () شكل() .
جدول(6و) ارتفاع السد وعرضه بحوض وادى الرساسة
| عرض السد(م) | ارتفاع السد(م) | |
| 74 | 20 | 1 |
| 167 | 40 | 2 |
| 248 | 60 | 3 |
| 415 | 80 | 4 |
| 587 | 100 | 5 |
شكل(12) العلاقة بين ارتفاع السد وعرضه فى حوض وادى الرساسة
يتضح من الشكل السابق بأنه يوجد علاقة طردية بين ارتفاع السد وعرضه، وبالتالى كلما ارتفع السد زاد عرضه وزادت تكلفة انشاؤه، فالمسموح بانشاء سد فى تلك المنطقة أدنى ارتفاع له 20 متر عند منسوب 60 متر، وأقصى ارتفاع له 80 متر عند منسوب 120 متر، أو عند ارتفاع 100 اذا تم انشاء بحيرة صغيرة بجوار البحيرة الكبيرة للسد وذلك عند منسوب 140 متر.
سوف يتم استغلال المياه الناتجة من السيول في استخراج السليكون واستخدامه في العديد من التطبيقات مثل صناعة الرقائق الإلكترونية تماشياً مع الثورة التكنولوجية ورؤية مصر 2030، فإن إنشاء مصانع لتجهيز وإعداد رمل السيليكا يعد فرصة استثمارية كبيرة وطفرة تكنولوجية وصناعية واقتصادية عظيمة ، ودافع قوي للدولة في سباق التكنولوجيا ، حيث تعتمد عليها كل الصناعات الحديثة من سيارات وألواح شمسية وهواتف ذكية وغيرها ، وكذلك العائد الإقتصادي الذي سوف يحدث طفرة في الناتج القومي ويقلل من مديونية الدولة ويشجع الإستثمار والصناعات المحلية ويعطي ثقلاً دوليا في مجال الصناعات التكنولوجية
أولا توفير المياه اللازمة في عملية الصناعة :-استغلال مياه السيول وتخزينها واستخدامها في عملية الصناعة .
ثانيا استخراج السيليكا من الرمال :-
الرمل عبارة عن أوكسيد السليكون مضاف إليه بعض الأكاسيد المعدنية مثل المنجنيز والحديد والكوبالت وغيرها وأن أول عملية هي غسل الرمل بالأحماض مثل حمض كلور الماء الذي يذيب كثيراً من المعادن بنسبة وطريقة معينتين لا تؤثران علي السليكون . وأضاف ثم نقوم بعد ذلك بغسل الرمل مرة اخرى بواسطة ماء مقطر ونكرر هذه العملية عدة مرات وبعد ذلك نجري عملية معالجة الناتج بدرجة حرارة اكثر من 1000 درجة مئوية كما نقوم باعادة غسل الناتج بحمض كلور الماء حتى نتخلص من كل الاكاسيد والشوائب التي تحل بواسطة الحمض بعدها نقوم بتحليل الناتج بواسطة اشعة اكس وعندها نحصل على السليكون .
ثالثاً صناعة الرقائق :-
اولي مراحل التصنيع تبدا بتجهيز قالب من السيليكون المذاب. ويتم في هذه المرحله تنقيه السيليكون عبر خطوات عديده للوصول الي مستوي النقاء المطلوب لصناعه اشباه الموصلات “مثل:الترانزستور” وذلك بالوصول لما يسمي “سيليكون الدرجه الالكترونيه” وهو عباره عن سيليكون بدرجه نقاوه عاليه تبلغ 99.9999% . ويبلغ قُطر هذا القالب 30سم ووزنه 100 كيلوجرام.
– بعد استخراج القالب السيليكوني يتم تقطيعه الي شرائح تسمي “الرقائق Wafers” ويتم صقلها حتي تصبح ملساء ناعمه كالمراه.
-بعد تقطيع الرقاقات يتم التعامل مع كل رقاقه علي حده وذلك بتغطيتها بطبقه من سائل ازرق عباره عن ماده حساسه للضوء تشبه تلك الماده التي كانت توضع علي شريط الفيلم في الكاميرات الفوتوغرافيه القديمه، يتم بعد ذلك تعريض الرقاقه للاشعه فوق البنفسجيه لطباعه التصميم الالكتروني عليها بحجم مصغر جداً مما يتيح طباعه المئات من دوائر المعالجات علي الرقاقه الواحده.
– وبعد طباعه المئات من الدوائر علي الرقاقه، نقترب اكثر من احدي هذه الدوائر منفصله ونري ماهي الخطوات التي سيتم اجراؤها عليها فهي الان تُعد بمثابه معالج صغير لم ينضج بعد المستوي الذي سننتقل اليه الان هو ما يطلق عليه “مستوي الترانزستور .
كما ذكرنا سابقاً فقد تمت اضافه الماده المقاومه للتصوير (السائل الازرق)علي الرقاقه بهدف طباعه المسارات المطلوبه، الهدف من هذه الطبقه ببساطه هو اننا سنقوم بحفر مسارات علي هذه الرقاقه وبالتالي فان هناك مناطق سيتم الحفر بها ومناطق ستبقي كما هي.. والحفر هنا لا يعني اننا سنستخدم اداه او اله لتنفيذ هذه المهمه..وانما سيتم ذلك بتعريضها لمواد ستعمل علي تاكل المناطق المطلوب عمل مسارات بها.
افترض الان انك قد استنتجت الهدف من الماده الزرقاء وهي اخفاء المناطق التي لا نرغب بتعريضها لماده التاكل اي انها تعمل كقناع كما يبدو في الصوره بالاسفل فقد تم اضافه القناع في المرحله الاولي ثم تعريضها لماده تعمل علي تاكل الرقاقه ثم ازاله الماده الزرقاء بعد انتهاء المهمه المطلوبه ليتبقي لنا الرقاقه بالمسارات المرغوبه.
في هذه المرحله يتم بدا البناء الحقيقي ووضع الايونات وذلك بنفس طريقه التصوير السابقه مع اختلاف هذه المره اننا لن نحفر مسارات وانما سنرسم مسارات جديده بالايونات لتعمل كخطوط توصيل للتيار الكهربائي،لذا سنقوم باضافه الماده الزرقاء مره اخري وتعريضها للاشعه فوق البنفسجيه لرسم المسارات الجديده ثم قذفها بالايونات التي ستاخذ الشكل الجديد للمسارات،وتصل سرعه قذف هذه الايونات الي اكثر من 300 الف كيلومتر بالساعه.
بعد انتهاء هذه الخطوه يتم ازاله الماده الزرقاء مره اخري ليتضح شكل المسارات الجديده.
في هذه المرحله يتم اكمال تجهيز الترانزستور بوضع ايونات من النحاس علي سطحه وذلك بطريقه تعرف بطريقه الطلاء الكهربي.
لتستقر ايونات النحاس علي سطح الترانزستور كما يتضح في الصوره بالاسفل:
يتم بعد ذلك انشاء طبقات ومسارات معدنيه للتوصيل والربط بين الترانزستورات المختلفه (الامر اشبه ببناء متعدد الطوابق) ، ويتحدد شكل هذه الطبقات والمسارات تبعاً للتصميم الذي يضعه فريق التصميم والهندسه المسؤول بالشركه “مثل شركه Intel او AMD”
ويصل احيانا عدد هذه الطبقات الي 20 طبقه، تتالف وحده المعالجه للحاسب من ملايين الترنزستورات كالتي تابعنا معا مراحل انشاء واحد منها،ويتم الربط بين هذه الترانزستورات بنظام الطبقات كما شاهدنا في الخطوه السابقه وعن طريق هذا الربط تنشا البوابات المنطقيه والتي تنفذ عمليات المعالجه التي يقوم بها الحاسب بدايه من العمليات البسيطه مثل الجمع والضرب وصولاً الي عمليات اكثر تعقيداً بدرجات متفاوته.
في هذه المرحله تتعرض الرقاقه الصغيره (ملايين الترانزستورات التي تم تجميعها معاً) للاختبار الاول للكفاءه وذلك بتعريضها لتغذيه ومراقبه الاستجابه منها ثم مقارنتها بنتائج معده مسبقاً.
المخرجات
أ-المعوقات
1- احتياج هذه الصناعة كميات كبيرة من المياه
2-احتياج العمالة المدربة
3-التمويل
ب-الحلول
1- انشاء خزانات للاستفادة من مياه السيول في تلبية احتياجات صناعة الرقائق
2- أ. توقيع بروتوكولات تدريب وتعاون مشترك بين الشركات الرائدة في صناعة الرقائق
ب.الاستعانة بخبراء أجانب للإشراف علي عمليات التصنيع
3- يتم طرح مزايدات عالمية لاستغلال تلك الخامة وزيادة معدلات الاستثمار بها.
