هندسة المياه | الأساسيات والتطبيقات

هندسة المياه

يعد هندسة المياه أحد أقسام الهندسة المدنية، وهو من التخصصات الهندسية الحيوية التي تركز على تصميم وإدارة الأنظمة المتعلقة بالمياه، مثل الري، السيطرة على الفياضانات، مياه الصرف الصحي، وإمدادات المياه. تعد المياه موردًا طبيعيًا أساسيًا للحياة وللتنمية الاقتصادية، مما يجعل إدارة هذا المورد ضرورة، ويُكسب تخصص هندسة المياه مكانة عالية.

أساسيات هندسة المياه

تتضمن هندسة المياه كيفية حركة المياه على سطح الأرض، والغلاف الجوي، وكيفية تخزينها واستخدامها بشكل مستدام. تشمل التخصصات الفرعية لهندسة المياه؛ الهيدرولوجيا، الهيدروليكا، إدارة الموارد المائية، ومعالجة المياه.

الهيدرولوجيا (علم المياه)

الهيدرولوجيا هو علم دراسة المياه على سطح الأرض، يشمل ذلك توزيعها وخصائصها الفيزيائية والكيميائية وحركتها.

الدورة الهيدرولوجية (دورة المياه)؛ هي حركة الماء بين المحيطات وسطح الأرض، والغلاف الجوي، عن طريق التبخر والهطول ونشاط الكائنات الحية. تتحرك الميا بشكل دائم من سائل إلى بخار ثم إلى جليد ثم إلى سائل مرة أخرى. وتستمر دورة المياه في الطبيعة بمراحلها: التبخر، التكثيف، هطول الأمطار، الجريان السطحي والنتح.

أهمية علم المياه: فهم الدورة المائية يعزز القدرة على التنبؤ بالتغيرات المناخية والتكيف معها،مما يجعل الهيدرولوجيا أداة حيوية في استدامة الموارد المائية وتحقيق التنمية المستدامة. كما تستخدم الهيدرولوجيا في معرفة كميات المياه المتاحة، والتنبؤ بحدوث الفيضانات، وإدارة المياه الجوفية.

الهيدروليكا (علم حركة المياه)

يسمى أيضًا هندسة السوائل، أو حركيات السوائل، يدرس الخواص الميكانيكية للسوائل، تدرس تدفق المياه في الأنابيب والقنوات الطبيعية والصناعية، يستخدم علم حركة المياه في تصميم أنظمة نقل المياه، مثل القنوات والسدود والخزانات، وكذلك في تحليل أداء السدود ومحطات توليد الطاقة الكهرومائية.

إدارة الموارد المائية

هو نشاط لتخطيط وتوزيع وإدارة الاستخدام الأمثل للموارد المائية، والموارد المائية هي المورد الذي يمكن الحصول منه على الماء؛ لاستخدامه كمصدر لمياه الشرب والاستحمام، وأمور تنفع البشرية مثل الصناعة والزراعة وشؤون المنزل.

تضع السطات المسؤولة في البلد الأنظمة والتشريعات الخاصة في إدارة الموارد المائية، التي ستتعامل معها؛ للحفاظ على الموارد المائية بأفضل طريقة، ولضمان الاستدامة في استخدام المياه، والتوزيع العادل بين مختلف القطاعات.

تطبيقات هندسة المياه

معالجة المياه

تشمل معالجة المياه عمليات فيزيائية وكيميائية وحيوية، بهدف التخلص من الملوثات الموجودة في الماء.

الهدف الرئيسي من معالجة المياه هو الحصول على مياه نظيفة وآمنة للاسخدام البشري أو الصناعة أو الزراعة.

معالجة المياه تبدأ من استخراج الجسيمات الكبيرة من المياه، تليها إزاله الملوثات البيولوجية. ثم إزالة الملوثات الكيميائية والمركبات الدقيقة.

تختلف طرق ومراحل معالجة المياه باختلاف الهدف من استخدام المياه، فإن كانت المياه للشرب ستتم معالجتها بطرق مختلفة عن مياه الري.

من أحدث التقنيات لمعالجة المياه التناضح العكسي، وهي أكثر تقنيات معالجة المياه انتشارًا، تستعمل أغشية تسمح بإزالة الأملاح والشوائب من المياه. وتحتوي الأغشية على مسام تسمح بمرور الماء فقط.

اقرأ عن معالجة مياه الشرب.

الري

في تخصص هندسة المياه تُدرس مادة الري بهدف تعليم الاستخدام الأمثل للمياه في الري والزراعة. يمكن زيادة كفاءة استخدام المياه للري باستخدام أنظمة الري المناسبة، وتشمل تقنيات الري الحديثة؛ الري بالتنقيط، والري بالرشاشات.

تصميم أنظمة الري: يتطلب تصميم أنظمة الري دراسة المحاصيل المزروعة والمناخ والتربة؛ لضمان توفير الكمية المناسبة من المياه دون هدر.

إدارة مياه الري: تتطلب الإدارة لمياه الري جدولة أوقات الري، ومراقبة التربة والنبات؛ لضمان الاستخدام الأمثل للمياه.

السيطرة على الفيضانات

يشمل دور أقسام هندسة المياه في السيطرة على الفيضانات في توفير الحماية للمناطق المعرضة للفيضانات، بدعمها ببناء السدود والبحيرات الجبلية وحواجز المياه، وقنوات تحويل المياه، بهدف التحكم في تدفق المياه ومنع الفيضانات.

تؤدي الهندسة المائية دورًا في الإنذار المبكر لحدوث الفياضات، عن طريق الأنظمة التكنولوجية للتنبؤ بالفيضانات، وتحذير المجتمعات المعرضة للخطر في الوقت المناسب.

يمكن لهندسة المياه المساعدة في ترميم الأنهار ومصادر المياه وتخزينها بعد حدوث الفيضانات؛ لتعزيز قدرتها على التحكم في المياه بشكل طبيعي.

هندسة المياه والمستقبل

مع التحديات التي نواجهها بالتزامن مع التقدم ومرور الزمن، مثل ندرة المياه، التلوث، التكيف مع التغير المناخي، وارتفاع درجات الحرارة. يواجه مجال عندسة المياه تحديات تتطلب حلولًا مبتكرة مثل استخدام الذكاء الاصطناع وانترنت الأشياء، وتقنيات الاستدامة بهدف تحسين كفاءة توزيع المياه واستخدامها بشكل مستدام.

بعض المراجع