מים נט פורטל מקצועי למים.
כותב: עידו נגב
פרסום
רקע כללי:
הולכת ואספקת המים במדינת ישראל מבוססת על המוביל הארצי המהווה מערכת מים מרכזית שמקשרת בין מרבית חלקי הארץ. מקורות המים למוביל הארצי מתבססים על 3 מקורות מים טבעיים ועל מי ים מותפלים. שלושת מקורות המים הטבעיים כוללים את הכנרת בצפון, ואת אקוויפר ההר ואקוויפר החוף באזור המרכז. אספקת מים מותפלים למוביל הלכה והתגברה במהלך העשור האחרון עם הפעלתם של 5 מתקני התפלה מרכזיים, והחל משנת 2015 הם מהווים כ-60% מסך כמות המים במוביל, ואף מגיעים לכדי 100% באזור גוש דן בחלק ניכר של השנה.
מפעל שפכי גוש דן (מפעל השפד"ן), שהוקם בתחילת שנות ה-70, מספק פתרון מרכזי לטיפול ומיחזור מיטביים של שפכי מטרופולין גוש דן והערים השכנות. שפכי הערים מגיעים למפעל השפד"ן, ושם עוברים טיפול מכאני ביולוגי עד לרמה של קולחים שניוניים. לאחר מכן עוברים הקולחים טיפול משלים בשיטת (Soil Aquifer Treatment) SAT על ידי החדרתם בשדות החדרה ייעודיים למקטע מוגדר באקוויפר החוף. הקולחים המוחדרים נשאבים חזרה מהאקוויפר על ידי מערך של כ-150 קידוחי השבה. בסך הכל מופקים כל שנה מהאקוויפר 130 עד 150 מלמ"ק מים מושבים, באיכות מעולה, אשר מופנים להשקיה בנגב ללא כל המגבלות החלות על קולחים רגילים. כדי לשמור על ההפרדה בין אגני השפד"ן ובין האקוויפר האזורי נדרש ניהול הידרולוגי פרטני הכולל, בין היתר, פיתוח של כלי מעקב אשר ישמשו כסמנים להתפשטות הקולחים באקוויפר, ויתריעו במקרה של זיהום קידוחי מים שפירים.
מטרות המחקר:
המטרות של מחקר זה כללו בחינה של האפשרות ליישם איזוטופים יציבים של מים, 18O ו- 2H, ככלי למעקב אחר התפשטות סוגי מים שונים:
1. ככלי למעקב אחר התפשטות הקולחים המוחדרים באקוויפר השפד"ן ולקביעת מיקום חזית ההתפשטות.
2. לקביעת יחסי ערבוב בין סוגי מים שונים לאורך שרשרת השימושים במים: מים שפירים – שפכים – קולחים.
3. להשוות בין איזוטופים לבין כלוריד (Cl) וקארבמזפין (CBZ) שמשמשים כסמנים חלופיים למערכת השפד"ן.
שיטות עבודה:
המחקר נערך באגני החדרה שורק של מפעל השפד"ן וכלל גם מספר חיבורי מים לאורך המוביל הארצי (איור 1). הוא כלל שני סקרים שנערכו במהלך השנים 2010-11 ו-2014, אשר במהלכם נדגמו מים שפירים, קולחים ומים מושבים מנקודות שונות לאורך שרשרת הטיפול, כולל חיבורי צרכן וקידוחי השבה. ערכי δ18O ו- δ2H שימשו לחישוב יחסי ערבוב בין קולחים למים שפירים, והושוו עם יחסי ערבוב שחושבו על סמך ריכוזי Cl ו-CBZ.
איור 1. תאור כללי של מערך הניסוי ונקודות הדיגום לאורך מערכת המים: (a) תאור כללי של נקודות הדיגום במוביל הארצי, במתקני ההתפלה חדרה ופלמחים, ובמפעל השפד"ן. משולשים כחולים ואדומים מסמלים נקודות דיגום של מים שפירים וקולחים, בהתאמה; (b) מפה מוגדלת של מפעל השפד"ן ואגני ההחדרה בשורק. הנקודות השחורות מסמלות את קידוחי ההשבה והתצפית שנדגמו במהלך המחקר.
פרסום
תוצאות עיקריות:
תוצאות המחקר מלמדות קודם לכל על העשרה משמעותית בהרכב האיזוטופי של 18O ו-2H במוביל הארצי ובשפד"ן, כתוצאה ישירה של התוספת האדירה של מים מותפלים למערכת הארצית. כמו כן נמצא קשר ליניארי חזק בין δ2H ל- δ18O. קיומו של קשר זה והשיפוע של קו הרגרסיה מעידים שההרכב האיזוטופי של כל מקורות וסוגי המים במערכת מוכתב על ידי תהליכי התאדות וערבוב. (איור 2).
איור 2. גרף פיזור של ההרכב האיזוטופי שנמדד בקידוחים וחיבורי מים המייצגים את כלל סוגי המים במערכת הארצית ובשפד"ן. נקודות בגוון כחול ותכלת מייצגות מים שפירים מקידוחים, מהכנרת ומהמוביל הארצי; נקודות בגוון אדום וורוד מייצגות את קולחי השפד"ן ואת קידוחי ההשבה; נקודות בגוון ירוק מייצגות מי ים ומים מותפלים.
יחסי ערבוב (MR) בין קולחים למים שפירים בקידוחי ההשבה של מפעל השפד"ן חושבו על בסיס ערכי δ18O ו-δ2H, והושוו ליחסי ערבוב שחושבו על בסיס ריכוזי Cl ו-CBZ באותם קידוחים. תוצאות יחסי הערבוב מלמדות על תהליך מתמשך שבו מוחלפים המים המושבים באקוויפר במים מושבים "חדשים", עם חתימה איזוטופית של מים מותפלים. מניתוח הנתונים עולה שתהליך זה החל בשנת 2010 עם הפעלתו של מתקן ההתפלה בחדרה, כאשר עד שנת 2014 הוחלפו כ-75% מהמים "הישנים" במים "חדשים" שמקורם במים מותפלים (איור 3). בנוסף נערך ניתוח של נתוני ההרכב האיזוטופי של דוגמאות מים במוביל הארצי, ושל קולחים שניוניים במפעל השפד"ן. מניתוח זה עולה כי ניתן להסביר את ההרכב האיזוטופי של מים אלו על ידי מודל ערבוב-מיהול פשוט שמבוסס על ההרכב האיזוטופי של מקורות המים של המוביל הארצי (כנרת, אקוויפר ההר, אקוויפר החוף, מים מותפלים) וידיעת הכמות הנתרמת מכל אחד ממקורות אלו.
איור 3. השתנות ערכי יחסי הערבוב (MR) בקידוחי ההשבה והתצפית בשפד"ן בין השנים 2011 ו-2014. יחסי ערבוב שחושבו מריכוזי CBZ (בשנת 2014) מייצגים את המצב היציב של התפשטות הקולחים באקוויפר. יחסי ערבוב שחושבו על בסיס ערכי δ2H שנמדדו ב-2010-11 וב-2014 מייצגים את התפשטות הקולחים "החדשים" שמקורם במים מותפלים, ושטרם הגיעו למצב יציב (נכון לשנת 2014).
סיכום ומסקנות:
תוצאות המחקר מראות באופן ברור שאיזוטופים יציבים של מים יכולים לשמש כסמן אמין ורגיש לצורך מעקב אחר התפשטות הקולחים באגני השפד"ן. מסקנות אלו מיושמות הלכה למעשה, כאשר בשנת 2017 מקורות הטמיעה מדידה של איזוטופים ו-CBZ בתכנית הניטור השנתית של מפעל השפד"ן. יתרה מכך, תוצאות הניסוי מראות שניתן ליישם איזוטופים של מים גם ככלי למעקב אחר ערבוב של מים ממקורות שונים במוביל הארצי ובמעבר למערכת שפכים-קולחים שבמפעל השפד"ן. בהיבט זה לאיזוטופים יש יתרון ניכר על פני סמנים אחרים (Cl ו-CBZ). זאת מכיוון שידיעת ההרכב האיזוטופי (הקבוע) של ארבעת מקורות המים העיקריים (כנרת, חוף, הר, התפלה) יחד עם ידיעת כמויות המים המסופקות מכל אחד ממקורות אלו, מאפשר לחשב ולחזות את ההרכב האיזוטופי בתוצרי הערבוב שלהם במוביל הארצי ובשפד"ן.
קישור למאמר המקוון שמסכם את תוצאות המחקר:http://www.mdpi.com/2073-4441/9/2/73
באדיבות מקורות
