Text Size
שישי, 16 דצמבר 2016 18:16

מתקנים הידראוליים והשפעתם על התכנון

מספר מתקן תיאור קצר השפעתו על הציר ההידראולי השפעתו על הגדות השפעתו על הסביבה
(מבחינה הידראולית)
השפעות אקולוגיות אופן ההתייחסות בבדיקה ובתכנון כללים להערכה ראשונית
1 מעביר אירי מעבר לכלי רכב, מחומר קשיח, הבנוי במפלס קרקעית הנחל ובשיפועים המתאימים לתנועת כלי רכב אם תוכנן כיאות - השפעתו מינימלית בנחלים צרים - תהיה התרחבות ומיתון שיפועים באזור המתקן בתכנון נכון - השפעתו מינימלית. בהרבה מקרים, נוצרת התחתרות במורד עקב מיקום לא אופטימלי של המעביר. מהווה סכר לזרימת אקוויפר חלוקים המעודד התפתחות צומח במעלה המעביר. במורד המעביר יכולה להתפתח מדרגה המגבילה מעבר בע"ח קטנים כשהנחל יבש יש למקם את תחתית המעביר במפלס תחתית הנחל לפי שיפוע ממוצע בקטע ארוך. שיפועי צד מומלצים: 1:12 לצורך איפשור מעבר אוטובוסים ומשאיות. קיבולת מינימלית מומלצת: מתאימה לספיקה של 10%  
2 מעביר צינור קצר מובל ניקוז המוליך מים מתחת לדרך. לרוב - דרך מקומית משטר זרימה מסוג "משפך" (Culvert). ברוב המקרים תיגרם התרוממות של המים בכניסה למעביר עקב התרוממות המים הצפויה בכניסה, יש לוודא את עמידות הגדות בתחום ההשפעה 1. ריכוז מים לנקודה אחת יוצר התחתרות במורד. יש לדאוג לביצוע "שן" עמוקה ושובר אנרגיה מתאים.
2. גלישה של המעביר מעל הדרך עלולה לגרום להצפה ולנזקים.
מגביל תנועת בע"ח לאורך תעלת הניקוז בהתאם לקוטר הצינור. בהיעדר תחזוקה שוטפת למניעת הצטברות סחף, המעביר נסתם או מוצף במים באופן המונע מעבר בע"ח דרכו. 1. מחשבים כושר הולכה לפי תאוריה מקובלת.
2. במובל קצר מזניחים את הפסד העומד בצינור. במובל ארוך מוסיפים את ההפסדים לעומד המניע.
3. יש לבחון האם כושר ההולכה מתקבל בזרימה חופשית או בלחץ המעלה. יש לוודא את דיפון הגדות במעלה בהתאם.
4. לבחון את הצורך במתקן כניסה הידראולי המשפר את תנאי הכניסה.
5. שבירת אנרגיה במוצא - להקטנת מהירויות לפי תנאי הקרקע. 
בעומד מים העולה על פי 1.5 מקוטר המעביר (או גובהו) הגידול בכושר ההולכה יורד באופן דרסטי עם עליית המפלס (ספיקה מתייצבת)
3 מעביר צינור ארוך כנ"ל, אך ארוך (עשרות מטרים ומעלה)       כנ"ל  
4 היצרות באפיק מעבר מחתך זרימה רחב לחתך זרימה צר יותר המים בכניסה להיצרות יתרוממו כך שיווצר גרדיאנט המאפשר את הזרמת אותה ספיקה דרך חתך צר יותר (כלומר מהירות גבוהה יותר) בנקודת המעבר מחתך רחב לחתך צר תיתכן הצפה במקרים של חוסר בכושר הולכה. הגדות בחתך הצר "יסבלו" מארוזיה חמורה יותר היצרות מלאכותית של האפיק היא התערבות דרסטית במשטר הזרימה. תיתכן השפעה ניכרת על ההצפה במעלה (במשטר תת קריטי) וכן על מהירות הזרימה במורד, תוך גרימת נזקי ארוזיה. במקרה של צוואר בקבוק במבנה דרך (גשר, גשרון, מעביר מים ארגזי וכו'), תיתכן פגיעה ביכולתם של בע"ח הזקוקים למעבר יבש לעבור לאורך ציר הנחל בעת זרימה בשל עליית מפלס המים. היצרות חייבת להיות מתוכננת בקפידה, תוך חישוב הציר ההידראולי מהמורד אל המעלה, מתן התייחסות לשינויים בגובה הזרימה בחתכים השונים ובמהירות הזרימה, תוך תשומת לב לחומרי המבנה ועמידותם במהירויות המתקבלות.  היצרות מתוכננת (אם אין אילוץ) חייבת להיות מתונה מאוד, בזוית של 5 - 7 מעלות ביחס לציר הזרימה.
5 שינוי מבני בגדות שינויים בשיפוע החתך הרוחבי, בחומרי היסוד (מסלע, קרקע) או התכסית (צמחייה, דיפונים) יתכנו שינויים הן בגובה הזרימה והן במהירות ככל ששיפוע הגדות הוא מתון יותר כן הגדה יציבה יותר ורגישה פחות לארוזיה ההשפעה ההנדסית על הסביבה היא בתפיסת שטח. ככל שהגדות ממותנות יותר - הערוץ תופס שטח רב יותר שיפוע מתון מאפשר ייצוב גדות בעזרת צומח וצמצום ארוזיה. הצומח מושך בעלי חיים ומחזק את תפקודיו האקולוגיים של הנחל. מנגד, גדה תלולה מחומר פריך מאפשרת אתרי קינון לעופות מקנני חורים לבן-חזה, פרפור, שרקרק וכו').  ברוב המקרים, מיתון שיפוע הגדות (ללא הפחתה בשטח חתך הזרימה), משפרת את המצב ההידראולי והארוזיבי. במקרה של מעבר לגדות תלולות יותר, יש לבדוק בקפידה את תכונות הקרקע ואת מהירויות הזרימה ולתכנן דיפון מתאים, לפי הצורך. שיפוע גדות יציב (ללא דיפון ) הוא 1:4 לפחות. בשיפועים תלולים יותר נדרש ייצוב (צמחי לפחות)
6 התמזגות ערוצים נקודה בה שני ערוצים מתמזגים לערוץ אחד, או ערוץ משני מתמזג עם ערוץ ראשי מפלס המים בנקודת המפגש הוא אחד, לשני הזרמים. בתכנון נכון ההשפעה על הציר היא מינימלית. אחרת, תהיה התרוממות בערוץ "הקטן יותר".
במקרה של זרימה אך ורק באחד מהערוצים - יתכן מצב של Back Water בערוץ השני.
נקודת ההתמזגות היא נקודת תורפה - שם יש ייתכנות לארוזיה בגדה שבצד הפנימי של המיזוג.
כמו כן, במיזוג של ערוץ קטן לראשי בניצב לכיוון הזרימה, יש להגן על הגדה הנגדית בערוץ הראשי.
בדרך כלל מיזוג ערוצים מגדיל את הספיקה לאחר נקודת המיזוג. במידה שהערוץ לא מתוכנן לספיקה מוגדלת - ייתכנו הצפות. עלייה בכמות המים משמעותית במיוחד לצומח בסביבה מדברית. ככל שסדר הערוץ עולה, גדלה הביומסה הצמחית, וצורת החיים השולטת עוברת מעשבונים לבני-שיח ושיחים ועד לעצים, ובהתאם תומך הערוץ בעושר מיני בע"ח הולך וגדל. 1. יש להתאים את מפלס המים באפיקים כך שיהיה תואם.
2. בערוצים לא מדופנים בהם תיתכן זרימה רק באחד מהם, יש להגן על הדופן הנגדית באפיק המקבל.
3. יש לבחון השפעה של מים חוזרים בעיקר במקרים של שיפועים מתונים מאוד.
4. יש לוודא כושר הולכה במורד, בהתאם לספיקת התכן המשותפת (לפי דו"ח הידרולוגי).
 
7 פיצול ערוצים זרימה מרוכזת המתפצלת באופן טבעי, או מלאכותי לשנים או יותר ערוצים במורד תלוי בדרך שבה בוצעה חלוקת הזרימה:
א. ניתן לפצל זרימה תוך שמירה על זרימה חופשית, ואז הציר ההידראולי נשמר יציב.
ב. ניתן לבצע מתקן הכולל סכר עם מגלשים, היוצר התרוממות במעלה וגובה קריטי מעל המגלש.
במקרה א': כמעט ואין השפעה. יש לתת את הדעת על קטע הגדה המשותף במרכז, למיזעור ארוזיה.
במקרה ב': יש השפעה במעלה כתוצאה מהתרוממות המים ובמורד, עקב נפילת המים במהירות
במקרה א': כמעט ואין השפעה.
מקרה ב': ראה סעיף "מפל"
במקרה א' אין כמעט השפעה. במקרה ב' פיצול צפוי להפחית את תדירות הזרימה השיטפונית וכמות המים באחד הערוצים ביחס למשנהו. במקרים מסוימים הדבר יכול להוביל לייבוש הצומח באחד הערוצים ולפגיעה במערכת האקולוגית הנשענת עליו. ההשפעה בולטת במיוחד באזור צחיח.    
8 גשרים מעבר של דרך מעל ערוץ זרימה ע"י מבנה שאינו יוצר הפרעה (כמעט) במשטר הזרימה בתכנון נכון, אין השפעה או השפעה מקומית עקב ניצבים הנמצאים בחתך הזרימה בגשרים ארוכים בתחום הגשר, לרוב הגדות מוסדרות,לספיקות נדירות בתכנון נכון - כמעט ללא השפעה.   יש לוודא שספיקת התכן באפיק העובר תחת הגשר אכן מתאימה למפתח שלו. כמו כן יש לוודא הגנות על הניצבים, מפני ארוזיה ומיחתור.  
9 אזורי שיקוע סחף כל מקום בו יש האטה של מהירות הזרימה אל מתחת למהירות "הניקוי העצמי" התרוממות המים במעלה עד כדי גלישת גדות. במעבירי מים, הקטנה משמעותית של כושר ההולכה. גלישת גדות עלולה לגרום לארוזיה מואצת, בעיקר בזמן חזרת המים לערוץ, בקרקעות רכות. שיקוע סחף גורם לשינויים בחתך הזרימה ואף לשינויים טבעיים בתוואי הזרימה (יצירת מיאנדרים).שיקוע סחף יוצר בעית תחזוקה במקומות רבים. גורם לסתימת מבני דרך (מעבירי מים צינוריים וארגזיים, תעלות ניקוז) המשמשים גם כמעברים לבעלי חיים. המשמעות לעתים היא קיטוע מסדרונות תנועה לבע"ח או חשיפה מוגברת של בע"ח לדריסה. 1. הנושא מתייחס בעיקר למקומות בהם יש שיפועים קטנים ומהירויות זרימה נמוכות.
2. תכנון אזורי שיקוע מאולצים מתאימים למקומות בהם רוצים למנוע כניסת סחף למאגרי שיטפונות או מניעת סחף בולדרים בנחלים אירוזיביים (כמו נחל ערוגות בים המלח).
3. בכל מקום אחר, רצוי להתחשב בנושא הסחף ואם לא ניתן למנעו, אז לתכנן את מיקומו באזור בו נוח ביותר לבצע אחזקה או שהשפעתו מינימלית (לא בכניסה מתקנים הידראוליים).
מהירות נמוכה מ- 0.6 מ'/שנייה נחשבת למהירות בה שיקוע הסחף גדל באופן משמעותי.
10 אזורים תורמים סחף כל מקום בו מהירות הזרימה במצב של זרימה תקינה, גבוהה מהתסבולת של הקרקע, לפי סוגה. בערוצים טבעיים - שינויים בחתך הערוץ תוך כדי זרימה - משנה את מפלס המים באופן שלא ניתן לרוב לחזותו מראש. ארוזיה בעיקר בגדות אך גם חתירות בקרקעית הערוץ. הרס גדות כתוצאה מסחף גורם לנזקים בשדות חקלאיים, הרס דרכים ובעיות סחף במתקנים הידראוליים שבמורד. הרס גדות פוגע בצמחיית הגדות ובבע"ח הזקוקים לה. ארוזיה מוגברת גורמת לסתימת מעבירי מים המשמשים גם בע"ח ובכך פוגעת בתפקודיהם האקולוגיים. 1. יש להתאים את האפיק המתוכנן למהירות הזרימה, בהתאם לסוג הקרקע או לסוג הדיפון (אם נבחר לבצע דיפון).
2. ניתן להקטין מהירויות זרימה באמצעים נוספים כגון הגדלת חיספוס או מפלים.
 
11 שינוי גיאומטרי של ציר האורך שינוי התוואי המקורי, האופקי, המחבר בין שתי נקודות A ו B בציר הזרימה 1. קיצור התוואי גורם להגדלת השיפוע ולכן גם להגדלת מהירות וירידת מפלס.
2. הארכת התוואי גורמת להקטנת השיפוע ולכן גם להקטנת מהירות ועליית מפלס.
1. קיצור התוואי - הגדלת מהירות - פוטנציאל לארוזיה מוגברת בגדות.
2. הארכת התוואי - יצירת פיתולים - מהירויות קטנות בממוצע אך יש לשים לב לארוזיה בעיקולים וגם לשקיעת סחף וסתימת הערוץ.
לשינוי במהירויות הזרימה ובתוואי הזרימה יש השפעה בעיקר בתחום האקולוגיה. 1. הוספת פיתולים יוצרת מורכבות גדולה יותר, אזורי שיקוע סחף שונים מהמצב המקורי ואפשרות ביסוס של מיני בע"ח שונים.
2. קיצור פיתולים עלול "לייבש" אזורים שחיו בעבר ולצמצם את המגוון הביולוגי עקב מהירויות זרימה גבוהות.
1. הוספת פיתולים יוצרת מורכבות גדולה יותר, אזורי שיקוע סחף שונים מהמצב המקורי ואפשרות ביסוס של מיני בע"ח שונים.
2. קיצור פיתולים עלול "לייבש" אזורים שחיו בעבר ולצמצם את המגוון הביולוגי עקב ייבוש צמחייה בתוואי הניטש או בשל מהירויות זרימה גבוהות.
1. יש לשים לב בעיקר לשינויים במהירות הזרימה עקב השינוי באורכה.
2. יש להתאים את החתך החדש למהירות החדשה שהתקבלה - הן במידות הגיאומטריות והן בהגנות הדרושות (דפנות ישרות, או פיתולים).
3. יש לתת את הדעת לנושא נתיב הזרימה במקרה של גלישה - האם יש פתרון חירום, האם המים חוזרים לאפיק בלי לגרום לארוזיה.
4. יש לתת את הדעת על נושא התחזוקה: האם יווצרו אזורי שיקוע סחף 
יש לשים לב לרדיוס הפנייה כתלות במשטר הזרימה. בעיקר חשוב הנושא בזרימות על קריטיות. (ראה סעיף 4.4.4 במדריך)
12 שינוי שיפוע ציר האורך שינוי בתוואי האנכי של הערוץ 1. הקטנת שיפוע, גורמת להקטנת מהירות ועליית מפלס.
2. הגדלת שיפוע גורמת להגדלת מהירות והקטנת מפלס.
3. יתכן מעבר מזרימה "תת קריטית" ל "על קריטית" ולהיפך .
4. יתכן מצב של זנק הידראולי במעבר משיפוע תלול למתון.
השפעת השינוי במהירויות הזרימה והשפעתן על הגדות, נסקרו בערכים הקודמים, לעיל. השפעת השינוי במהירויות הזרימה והשפעתן על הסביבה, נסקרו בערכים הקודמים, לעיל. עלייה במהירות יכולה להאיץ פגיעה בצומח בשל עקירתו. צמצום מהירות תורם להשקעת סחף ולהתפתחות צומח. 1. נושאי התאמת המהירויות דומים לסעיף הנ"ל.
2. יש לשים לב לשינויים במשטר הזרימה בעיקר במעבר בין שיפועים. מעבר מזרימה על קריטית לתת קריטית, יוצר זנק הידראולי וחייבים לדעת את אורכו וגובה המים ולתכנן הגנות.
 
13 מפלים  "שבירה" מקומית של חתך הזרימה האורכית יוצרת את המפל 1. גובה קריטי במעלה המפל (לפניו).
2. זנק הידראולי במורד המפל.
3. הקטנת השיפוע האורכי גורמת להקטנת מהירויות זרימה במורד המפל (אחרי הזנק) ומפלס מים גבוה.
1. במעלה: לרוב אין השפעה
2. במורד: הזנק ההידראולי הוא בעל אנרגיה רבה ועלול לגרום לארוזיה. לעיתים, יש שינוי גם ברוחב החתך - דבר העלול להשפיע על הגדות.
כושר ההולכה של המפל תלוי אך ורק בגובה המים מעליו. במידה וכושר ההולכה אינו תואם את ספיקת התכן - צפויה הצפה במעלה. בנחלי איתן, יצירת מפלים מגבילה תנועת דגים במעלה הזרם. לעתים ניתן להתגבר על הבעיה בעזרת "סולם דגים". בנחלי אכזב, מפל תלול מונע או מגביל תנועת בע"ח לאורך הנחל. מיתון שיפועים בעזרת מפלים יבוצע תוך תשומת לב לפרמטרים הבאים:
- השיפוע אליו רוצים להגיע במצב מתוכנן ומהירויות הזרימה הנגזרות ממנו.
- גובה המפל: ככל שהמפל גבוה יותר - נדרש שובר אנרגיה מסיבי יותר במורד.
- כושר ההולכה של המפל: היא פונקציה של הגיאומטריה שלו ושל מפלס המים שמעליו.
 
14 מפתנים סדרת מחיצות שקדקדן בפני הקרקע ומטרתן העיקרית - מניעת מיחתור וסחף בשיפועים גדולים  עליית מפלס במעלה וזנק הידראולי במורד של כל מפתן, הקטנת מהירויות הזרימה בכל מקטע עקב מיתון השיפוע האורכי. המטרה היא מיתון מהירויות  - כלומר צמצום נזק לגדות במפתנים שאינם מלווים בשובר אנרגיה לאחר כל מפתן - צפוייה התחתרות במורדו של כל מפתן התחתרות במורד מפתן עלולה להגביל תנועת בע"ח קטנים לאורך הנחל. 1. תכנון עומק המפתן והמרווחים בין המפתנים למצב של "אחרי שיטפון", כלומר אחרי שנוצר סחף וארוזיה במקומות המתוכננים.
2. מומלץ לבצע קטע שובר אנרגיה לאחר כל מפתן, למניעת "חור" בעיקר בקרקעות רכות.
3. שיפוע אורכי מומלץ בין המפתנים: 0.004 - 0.005.
 
15 מתקן חלוקת זרימות
"תעלה מתפצלת"
מתקן המחלק את הזרימה המגיעה מהמעלה, לשני זרמים (לפחות) במורד, בהתאם ליחס שבין הפרמטרים הגיאומטריים של הפתחים. בתכנון נכון, אין השפעה עקב שמירה על משטר זרימה התואם את המעלה לעתים קרובות לפחות באחד מענפי הפיצול יש מפנה ולכן תהיה התרוממות מים בצד החיצוני של הזרימה השפעה מינימלית, עקב שמירה על משטר זרימה תמידי ואחיד מאפשר הקצאת מים בטוחה לערוצים במורד שבאופן טבעי אינם מקבלים מים בקביעות. רלוונטי במיוחד באזורים צחיחים.    
16 מתקן חלוקת זרימות
"מגלש עילי"
המתקן הוא בעצם מפל עם שניים או יותר מגלשי יציאה. ההתנהגות שלו זהה למפל, כאשר חלוקת הספיקות היא פונקציה של יחסי רוחב הזרימה בכל מגלש.   השפעה הדומה לזאת של מפל. השפעה הדומה לזאת של מפל.    
17 איים בתוואי הזרימה         יצירת בית גידול מבודד מאפשרת הגנה על בע"ח הנמצאים בו מפני אויבים טבעיים - לדוגמה, מושבות קינון עופות המוגנים מפני טורפים יבשתיים. מצד שני, הבידוד של האיים מונע קישוריות לבע"ח יבשתיים    
18 מורכבות מבנית "נמוכה"/"גבוהה"         ככל שהמורכבות המבנית עולה, גדל  המגוון הביולוגי.    
19 גדות טבעיות         תמיכה מרבית במגוון ביולוגי אופייני    
20 מצב פיתולים בנחל         בדומה לשינויים במורכבות המבנית    

הורד/י קבצים מצורפים