מי נגר

מי נגר

מֵי נֶגֶר הם מים אשר זורמים על פני הקרקע. זרימת המים מתרחשת כאשר האדמה ספוגה עד למקסימום יכולת הספיגה שלה. במצב שכזה, המים אינם מסוגלים לחלחל לתוך הקרקע ונישאים על פניה. מקור המים הוא בגשמים, קרחונים או שלג.

מים אלה הם משני סוגים:

• נגר עילי הנקרא גם נגר ישיר, הכולל את מי הגשמים והשלגים היורדים באזור אגן הניקוז אחרי שחלקם התאדה או חלחל לקרקע, וגורמיו הם בעיקר האקלים וסוג הקרקע. נגר עילי זורם בדרך כלל אל נחלים ונהרות.
• נגר בסיס הם מי מעיינות. המים קודם חלחלו באדמה ובנקודת שבר פרצו החוצה.

מי הנגר מהווים כארבעה אחוזים מכלל המשקעים. ככל שהגשמים עזים יותר, האדמה חדירה פחות למים, כלומר החלחול מועט ואין המים מספיקים להיספג באדמה. ככל שפני השטח משופעים יותר כך מצטברים יותר מי נגר. מי הנגר זורמים ומעמיקים את ערוצי הנחלים והנהרות. נגר עילי הוא מרכיב עיקרי במחזור המים והגורם הראשון לשחיקת אדמה כתוצאה ממים. תהליך העיור (אורבניזציה) גורם לנגר רב עקב צמצום שטחי הקרקע המאפשרים חלחול מים.

סוגי נגר עילי

נגר עילי יכול להיווצר על ידי גשמים או המסת שלג או קרחונים. המסה של שלגים וקרחונים ניתנת רק במקומות שבהם יש מזג אויר קר מספיק כדי לאפשר את היווצרותם, בדרך כלל המסת שלג תגיע לשיא באביב והמסת קרחון בקיץ. הגורמים המשפיעים על קצב המסת השלג והקרחונים הם טמפרטורת האוויר וגם אורך שעות היום. ברכסי הרים גבוהים לעתים קרובות זרימת המים בנחלים מוגברת בימי שמש ויורדת בימים מעוננים.

באזורים שאין בהם שלג נוצר נגר עילי על ידי גשמים. לא כל גשם יגרום לנגר עילי זאת מפני שלכל אדמה יש יכולת ספיגה מסוימת של נוזלים. בקרקע מאוד עתיקה כמו באוסטרליה ובדרום אפריקה, קיימים שורשים מקובצים בעלי רשת סבוכה של "שיער שורש". תנאים אלו מגדילים רבות את כושר הספיגה של קרקע ולכן במקומות כאלו הסיכויים להיווצרות נגר עילי נמוכים מאוד. יכולת ההיווצרות של נגר עילי תלויה בכמויות גדולות מאוד של גשם וכן ביכולת האידוי של האדמה. דבר זה מוביל לזרימה מאוד לא יציבה בנחלי האזורים הללו.

הגורמים להיווצרות נגר עילי

• עודפי מי גשם על קרקע לא רוויה - דבר זה קורה כאשר קצב ירידת הגשם על השטח מהיר יותר מהקצב בו המים יכולים לחלחל לקרקע וכל אגני הניקוז המקומיים מלאים. תופעה זאת נקראת "נגר עילי כתוצאה מעודפי מי גשם" או "נגר עילי הורטוני" (Hortonian overland flow) על שם רוברט א. הורטון (Robert Elmer Horton‏; 1947-1875). תופעה זאת גורמת להיווצרות נגר עילי למרות שהקרקע עליה יורד הגשם אינה רוויה. תופעה זאת מתרחשת בדרך כלל באזורים צחיחים או צחיחים למחצה כאשר הגשמים אינטנסיביים מאוד ויכולת הספיגה של האדמה יורדת כתוצאה משטח פנים אטום או באזורים סלולים. תופעה זו מתרחשת לרוב באזורים אורבניים, כאשר המדרכות והכבישים מונעים את ספיגת המים.

• קרקע רוויה - כאשר הקרקע רוויה וכל אגני הניקוז מלאים והגשם ממשיך לרדת, מי הגשם יהפכו מיד לנגר עילי. רמת הלחות של הקרקע בדרגת b הוא גורם אחד המשפיע על קצב הרוויה של הקרקע. תופעה זו נקראת "נגר עילי היולטיאני" על שם ג'ון היולט (John D. Hewlett).

• לחות בקרקע דרגה - קרקע שומרת על רמת לחות מסוימת אחרי ירידת גשמים. לחות זו משפיעה על היכולת של הקרקע לספוח מי גשמים עתידיים. כלומר, קרקע בעלת לחות גבוה תגיע לרוויה בקצב מהיר יותר מאשר קרקע בעלת לחות נמוכה.

• זרם תת-קרקעי - לאחר חלחול של מים במעלה המדרון. המים יכולים לזרום באופן תת-קרקעי לצדדים, ועל ידי כך לעלות מן האדמה יותר קרוב לאגני ניקוז. תופעה זו נקראת subsurface return flow.

השפעת האדם

הגדלת שטחי העיר גורמת לתופעת מי נגר עילי להיות גדולה יותר על ידי יצירת שטחים אטומים כמו כבישים, ובניינים שאינם מאפשרים חלחול של מים דרך הקרקע עד לאקוויפר. במקום זה המים מכוונים ישירות לתוך נחלים או ביבים. הזרימה המוגברת בנחלים גורמת לשחיקת הקרקע. גם באזורים שאין בהם הצפות. מי נגר מוגברים מקטנים את התחדשות מי הקרקע כתוצאה מכך כמות המים בקרקע יורדת ובצורות נהיות יותר קשות. חקלאים נפגעים מכך רבות מפני שאין אקוויפרים מלאים להשקיה. כאשר ישנם מזהמים ממקור אנושי על הקרקע, מזהמים המומסים בתוך מי נגר השפעת בני האדם גדלה ומזהמת מקורות מים. הזיהום במים יכול להגיע לאגני ניקוז כמו נחלים, נהרות, אגמים או אוקיינוסים. דבר זה מביא לשינוי כימיקלי במים ולמערכות האקולוגיות מסביב. בדוח משנת 2008 של האגודה לחקר לאומי של ארצות הברית נטען כי נגר עילי אורבני היוו המקור הראשוני לאיכות מים ירודה בארצות הברית.

השפעות הנגר עילי

שחיקה וריבוץ

מי נגר עילי גורמים לשחיקת משטח כדור הארץ. אותו חומר שנשחק מושא על ידי המים ומופקד באזורים חדשים. קיימים ארבעה סוגים עיקריים של שחיקה.

1. שחיקת התזה- התוצאה המכנית של התנגשות טיפות המים בקרקע, חלקיקי קרקע משתחררים ומושאים על ידי המים לנחלים, נהרות וימות.
2. שחיקה של חרצים - נגרמת על ידי כוח הזרם מספיק חזק שהוא חותך חרצים ברורים בקרקע, חרצים אלו יכולים להיות ברוחב של סנטימטר עד לכמה מטרים. כמות גדולה מאוד של קרקע יכולה לעבור בזמן מאוד קצר.
3. שחיקה של משטחים- נגרמת על ידי העברת המים על פני קרקע ללא ערוץ זרימה ברור.
4. שחיקה של קרקעית נחלים- כאשר המים זורמים במהירות בנחלים הם גורמים לשחיקת קרקעית הנחל.

ירידה בתוצרת חקלאית היא לרוב התוצאה של שחיקה. תופעות אלו נלמדות בתחום שמירת הקרקע. חלקיקי הקרקע בנישאים במי הנגר נעים בגודלם מ-0.001 מ"מ עד ל-1 מ"מ קוטר. חלקיקים גדולים יותר שוקעים במרחק יותר קצר וחלקיקים יותר קטנים נישאים למקומות רחוקים מאוד. שחיקת אדמת סילט המכילה חלקיקים קטנים יותר מייצרת מים עכורים המפריעים להעברת האור לתוך נחלים ומפריעים למערכות הביולוגיות במים. אזורים שלמים של מדינות הפכו ללא פוריים כתוצאה משחיקת קרקע. במישור המרכזי הגבוה של מדגסקר, בערך 10% משטח המדינה כולה, לא גדלה צמחייה וקיימים חרצי שחיקה שיכולים להגיע עד ל-50 מטר עומק וחריץ אחד שרוחבו הוא קילומטר. שחיקה גורמת לאיבוד האדמה הפורייה ומורידה את פוריות הקרקע ואיכות התוצרת החקלאית. חקלאות תעשייתית מודרנית היא גם אחד הגורמים העיקריים לשחיקה. באזורים מסוימים בארצות הברית יותר מ-50% מהקרקע העליונה נסחף במאה השנים האחרונות.

השפעות סביבתיות

העברת זיהומים למי קרקע, אקוויפרים, אגני ניקוז ולקרקע עצמה היא ההשפעה הסביבתית השלילית הגדולה ביותר של הנגר העילי. בסופו של דבר תופעה זאת גורמת לסיכון בבריאות אדם, הפרעה במערכות אקולוגיות והשפעה אסתטית על מקורות המים. חלק מהמזהמים שיוצרים את ההשפעה הגדולה ביותר הם דלק, מדביר חרקים ודשנים למיניהם. בני האדם מודדים את כמות מדבירי החרקים הנישאים במי הנגר מאז שנות ה-60 של המאה ה-20 ומהר מאוד הבינו שהמגע בין מדבירי חרקים ומים מגביר את הסיכוי להרעלת פיטו. במקרים של מי נגר ההשפעה הופכת לזיהום מים, כיוון שהנחלים והנהרות זוהמו על ידי מי נגר מזוהמים. מים מזוהמים יכולים לשנות את התהליכים המטבולים של בעלי החיים החיים במים. שינויים אלו יכולים להוביל לתופעות כמו מוות דגים המוני או לשנות את האיזון בין האוכלוסיות הדגים הקיימות. עוד דברים המושפעים מזיהומים במים הם, הזדווגות החיות, השרצה, יכולת הקיום של ביצים וזחלי דגים ופוריות של צמחים. ישנם מחקרים המראים כי קיומם של מדבירי חרקים, כמו ddt, במים יכולים לשנות את מינם של דגים מסוימים באופן גנטי. נגר עילי שקורא באזורים מיוערים יכולים להוביל לאגמים מטענים גדולים של מינרלים כמו חנקן וזרחן. דבר זה מוביל לאטרופיקציה. מי הנגר באזורים של יערות מחטניים מלאים בחומצות רקבוביות, דבר זה יכול להוביל לריקבוב של מאגרי מים. במקרה של זיהום אקוויפרים הבעיה העיקרית היא זיהום מי השתייה. בנודע לזיהום הקרקע מי נגר יכולים לגרום לשתי בעיות עיקריות, האחת יכולת הוצאה של זיהום מהקרקע והעברה של הזיהום למים ועל ידי כך לגרום לזיהום של אזורים רגישים והבעיה השנייה היא שמי נגר יכולים לגרום לזיהום של קרקע נקייה. השפעות חקלאיות- מפני שחקלאים לא מתזמנים את זמני ההדברה לזמנים שבהם לא יורד גשם ההשפעה של מדבירי חרקים גדולה יותר.

הצפות

הצפות קורות כאשר נחיל המים לא מסוגל להכיל ולהעביר את כמות המים הזורמים. קיים זמן מחזורי לתופעה הזאת. הצפה היא תהליך טבעי השומר על הרכב ותהליכים במערכות אקולוגיות אבל יכול להשתנות כתוצאה משינויים בשימוש באדמה כמו הנדסת נחלים. הצפות יכולות להיות חיוביות ושליליות כאחד. החקלאים לאורך הנילוס ניצלו את תופעת ההצפות העונתיות, אותן הצפות הסיעו מינרלים שהיו טובים לצמחים, אבל ככל שמספר היישובים בעולם גדל ההצפות הפכו ליותר ויותר מסוכנות. ההשפעות השליליות של ההצפות כוללות אבדן חיים, נזק לרכוש, זיהום מי המקורות, איבוד תוצרת חקלאית ואיבוד מקום מגורים קבוע. הצפות הן בין אסונות הטבע הקשים ביותר.

מידור ותיקון התופעה

מידור ההשפעות השליליות של מי נגר יכול לבוא בכמה דרכים: • שימוש באדמה- תכנון המכוון להקטנה מקסימלית של משטחים אטומים באזורים עירוניים. • שליטה בשחיקה בחוות ואתרי בנייה. • תוכניות לשליטה בהצפות. • הגבלת שימוש בכימיקלים לחקלאות, גינון, תעשייה וכו'.

שימוש באדמה

הרבה גורמים רגולטוריים בעולם מעודדים את חקר השיטות להקטנת את תופעת הנגר העילי על ידי הימנעות ממשטחים קשים (שטחים אטומים), הרבה עיריות יצרו קווי מנחה ותקנות למפתחי האדמה המעודדים מדרכות צרות ושימוש באבני סף שקועות באדמה בניגוד לשקועות במלט ועוד שיטות פיתוח המאפשרות מקסימום חלחול מים באזורים עירוניים. דוגמה לתוכנית פעולה ניתן למצוא בסנטה מוניקה בקליפורניה.

שליטה בשחיקה

קיימות שיטות לשליטה בשחיקה מאז ימי הביניים כאשר חקלאים הבינו את חשיבותה של חקלאות מתוכננת כדי שיכולו לשמור את מאגרי הקרקע. בתחילת שנות החמישים של המאה ה-20 שיטות חקלאות אלו נהיו יותר מתוחכמות. בשנות ה-60 של המאה ה-20 ממשלות מקומיות בארצות הברית החלו למקד את מאמציהם בצמצום היווצרות מי נגר עילי על ידי כך שקבלנים הוכרחו ליישם תוכניות לשליטה על הזרימה של מי הנגר. שיטות אלו כללו שימוש בקש לטובת האטה של זרימה במדרונים, הקמת גדרות סילט, תכנון בנייה בחודשים היבשים.

שליטה בהצפות

כבר בחצי הראשון של המאה ה-20 התוכניות של השליטה בהצפות יכלו לצפות את נקודות הזרימה החזקות ביותר בנחלים ונהרות. כתוצאה מכך פותחו אסטרטגיות להקטנת מהירות הזרימה. השיטות הנפוצות הן אגני ניקוז כדי למנוע זרימה חזקה.

הגבלת שימוש בכימיקלים

לאחר יישום תוכנית שימור המשאבים הטבעיים בארצות הברית ב-1976 ותוכנית איכות המים ב-1977 מדינות וערים בארצות הברית נעשו יותר קפדנים בשליטה על אחסון של כימיקלים רעילים ובכך מנעו נזילה והתפשטות של חומר רעיל. השיטות הנפוצות הן חובת אחסון כפול של כימיקלים, רישום שימוש בחומרים מסוכנים, צמצום במספר מדברי החרקים המאושרים ושליטה הדוקה יותר על דשנים למיניהם. בהרבה אזורי תעשייה נדרש טיפול ראשוני בשפכים כדי לצמצם את בריחת המזהמים לסביבה.

מדידה ומודלים מתמטיים

מי נגר עילי מנותחים על ידי שימוש במודלים מתמטיים בשילוב עם שיטות הדגמה של איכות המים. ניתן לבצע את המדידות על ידי מכשירים אוטומטיים רציפים לניתוח איכות המים המכוונים למזהמים ספציפיים כמו כימיקלים אורגניים או לא אורגניים, pH, עכירות וכו'. או על ידי סימנים משניים כמו חמצן מומס במים. את המדידות ניתן לעשות גם על ידי מדידה של אצוות מים ולא על ידי זרימה רציפה של מים. בתחילת של החמישים של המאה ה-20 מודלים נראה שמודלים להעברת מים חישבו את כמויות מי הנגר העילי בעיקר לזיהוי הצפות. בתחילת שנות ה-70 של המאה ה-20 פותחו מודלים מחשביים לניתוח להעברת מי הנגר העילי המכילים מזהמי מים, מודלים אלו לוקחים בחשבון את קצב ההמסה של כימיקלים שונים והחלחול לתוך האדמה. על ידי כך הם הגיעו לכמות הסופית של המזהמים שיחלחלו לתוך קרקע מסוימת.

ראו גם

• זיהום מים
• התפלת מי ים

קישורים חיצוניים

• נגר עילי – אנציקלופדיה, המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית]
• מניעת נגר עילי וסחף קרקע באמצעות שימוש ברסק גזם
• שיטפונות ונגר עילי בישראל - אתר רשות המים
• איסוף מי הגשם והנגר העילי