מבוא    🔗

במיפגש עם שרידים של מערכות מים עתיקות אנו מתפעמים מתחושת קשר אל בונים ויוצרים שפעלו בימי קדם. במאמר זה בכוונתי להציג את נושא הקמת מערכות מים והפעלתן כיום במסגרת עקרונית כללית, אשר תאפשר לפתח לימוד השוואתי עם ממצאי העבר; אין בכוונתי להציג את עקרונות הנדסת המים, אלא את אופי השיקולים והפעולות הכרוכים בהקמת מערכות המים. חשיבות רבה נודעת לצד האקדמי – מחקר ופיתוח עיוני וטכנולוגי – אשר מהנדס המים מסתייע בהם ומיישמם בתכנון מערכת המים ובביצועה. בתכנון ובביצוע מערכות מים אנו מבחינים חמישה שלבים:

טבלה מס' 1: פעילויות עיקריות של תכנון וביצוע במערכת מים

 

שלב א – תכנון מוקדם    🔗

שלב זה מתמקד בתכנון הקצאת מקורות המים למערכת הדרושה. עיקרה של העבודה הוא סקר מקורות המים והערכתם הכמותית והאיכותית מחד, והערכת הדרישות למים במגזרי התצרוכת השונים מאידך. נערך ‘מאזן מים’, שהוא סיכום השוואת התפוקות של מקורות המים, על איכויותיהם השונות, לעומת תצרוכת המים החזויה בקטעי המערכת ובמגזרי התצרוכת השונים. בנוסף לכך, נעשית בדרך כלל הערכה מוקדמת של התקציב המשוער שיידרש לשם הקמת המערכת ותפעולה, וכן ניתוח כלכלי להצדקת הקמתה.

דוגמה למערכת מים שהקמתה היתה מותנית בבחינה מעמיקה בשלב התכנון המוקדם, היא מפעל המים הארצי של ישראל. כידוע, מפעל זה נועד להוביל מים ממקורות המים שבצפון מדינת ישראל, המשופע יחסית במים, אל אזור הנגב שבדרום הארץ, הסובל ממיעוט גשמים ומבצורות מרובות, אשר נמצאים בו שטחי קרקע נרחבים שניתן ורצוי לפתחם.

דוגמה אחרת של תלות בתכנון מוקדם היא התכנון מחדש, שנעשה לאחרונה, של מפעלי המים בערבה הדרומית, כך שיהיה ניצול סלקטיבי ויעיל יותר של מים ממקורות שונים בהתאם לאיכותם (מים במליחויות שונות, מים מותפלים, שפכים מטוהרים); התכנון, במקרה זה, מבוסס על שבע מערכות מים אזוריות מקבילות זו לזו, עם קשרים הדדיים שניתנים להפעלה בהתאם לצרכים צפויים ומשתנים. מעניין להשוות תפיסה תכנונית חדשנית זו למפעל הספקת המים העתיק לעיר רומא, אשר כלל שבע מערכות מים בעלות איכויות מים שונות, אשר שולבו והופעלו בצורה גמישה ובהתאם לצרכים משתנים. משק המים של מדינת ישראל ממשיך להתפתח באימוץ גישה דומה, וילכו וירבו בו מערכות מים מקבילות, עבור איכויות שונות.

נראה, שההבדל העיקרי בין התכנון המוקדם כיום לזה של הזמן העתיק נעוץ בהתפתחות ענפי ההידרולוגיה וההידרו־גיאולוגיה, וכן בשפע נתונים וניתוחים סטאטיסטיים בהם אנו משופעים כיום. כל אלה מאפשרים לערוך תחזיות טובות ומדויקות לשפיעת מקורות מים שונים, ולניצול אפיקי מים תת קרקעיים ולצפות מראש תנודות עונתיות ורב שנתיות, הן בכמות והן באיכות. בימי קדם מדע הסטאטיסטיקה עדיין לא היה קיים, וכן לא היתה מוכרת תמונת המחזור ההידרולוגי בטבע. למרות זאת, הוקמו אז יישובים מדבריים, כדוגמת מצדה וסרטבה, שהתבססו על איגום נגר עילי אשר הגיע בכמויות משתנות מאגני היקוות קטנים. אם ננתח את התנאים ההידרולוגיים המסובכים של האתרים האלה, נמצא שמערכות המים והאיגום שבוצעו אכן התאימו לתנאים ההידרולוגיים ולגודל האוכלוסיה.

 

שלב ב – תכנון כללי    🔗

בשלב זה מציגים את מיבנה המערכת אשר יש צורך לבצע, כולל שיטת פיתוח ואיחוז מקורות המים, המתקנים לטיפול במים, רשת המובילים על סוגיהם וגודלם. איגומים, מתקני חלוקה ומתקנים הידראוליים עיקריים. כמו כן מוערכים צרכי התקציב והמקרקעין, וכן משך הזמן והאמצעים בציוד וכוח אדם הדרושים לביצוע. במהלך התכנון הכללי נבחנות חלופות שונות לצירופים שונים של שימוש במקורות מים, מובילים בתוואי וגודל שונה, מיקום ונפח שונים של מאגרים וכו'. על המתכנן להשוות מערכות חלופיות על מנת להצדיק את הפתרון המומלץ על ידו.

כדוגמה להחלטות שמתקבלות על סמך בחינת חלופות במהלך שלב התכנון הכללי, הבה נשוב למפעל המים הארצי (איור 1): מיקום תחנת השאיבה הראשית בטבחה מאריך את מובילי המים (תעלות וצינורות), לעומת אפשרות הקמתה בדרום הכנרת, בכ־25 ק"מ. מאידך התוואי בחלופה הדרומית מסובך יותר מבחינת התאמת המיבנה הגיאולוגי להקמת מאגרים בנפח גדול (כדוגמת מאגרי צלמון ואשכול); כמו כן היא היתה מחייבת תקציב גדול יותר לביצוע בגלל צורך בכריית מנהרות באורך רב והנחת צינורות ללחץ גבוה באזורים הרריים, לעומת קטעי תעלה ארוכים בתוואי נוח לחפירה, שהם זולים יותר באפשרות שנבחרה.

המתקנים העיקריים במערכת המים הארצית

אם נתייחס, בתוואי שנבחר, לקטע התעלה מחוקוק ועד למאגר צלמון, נמצא שהיה אפשר לקצר את תוואי המוביל בהרבה, אילו הונחו בקטע זה צינורות בקו ישר, במקום תוואי התעלה המתפתל לפי קווי הגובה. לאחר חישוב יסתבר, שבמקרה זה בניית התעלה היא פתרון כלכלי יותר, בהתייחס להשקעות בביצוע בתנאים הנדונים ולהפסדי האנרגיה הקטנים יותר. שיקולים דומים הובאו בחשבון במפעלי מים עתיקים לשם בחירת הפתרונות הרצויים בקטעים שונים לאורך אמת המים: קטעי תעלה שמתפתלת בהתאם לקווי הגובה, חציית עמקים על ידי בניית האמה על גבי גשר קשתות, כריית קטעי מנהרות, ולעתים אף הנחת צינורות בקטעי גיחון.

בהעברת מים גרביטאציונית – הספקת מים ממקור גבוה ליעד נמוך יותר – הצינור הוא פתרון יעיל יותר מבחינה כלכלית כאשר השיפוע גדול וניתן לבזבז אנרגיה על ידי חיכוך בצינור צר קוטר יחסית. מאידך כאשר הפרש הגבהים אינו רב, תעלה היא פתרון הנדסי יעיל יותר מהצינור, הן מבחינה הידראולית והן מבחינת העלות. בגלל סיבה זו ישנו שימוש בתעלות במפעל המים הארצי, בקטעי הזרימה הגרביטאציונית בבקעת צלמון ובבקעת בית נטופה. תעלות מונחות בדרך כלל בשיפועים מתונים מאחוז אחד (ירידה של 10 מ' לאורך זרימה של 1 ק"מ). לאחר חישובים כלכליים – של הקטנת שיפוע לעומת הגדלת מימדי התעלה עקב כך – הסתבר, שיש לשמר את האנרגיה במידה המירבית בתעלות המפעל הארצי, והן בוצעו בשיפוע של 0.16 אחוז, כלומר ירידה של 16 ס"מ לאורך 1 ק"מ. ציוד מדידה מדויק ומיומנות ביצוע גבוהה ביותר דרושים כדי לבצע תעלה בשיפוע מתון שכזה. לכן מעניין לציין שאמת המים לקיסריה בוצעה בשיפוע של 0.18 אחוז. אמת המים לליון שבצרפת בוצעה בשיפוע של 0.072 אחוז. שיפוע זה נבחן בוודאי במדידה בכורובאטס, שהוא בעל אורך של 6.5 מ', כאשר היה צורך להבחין בעת המדידה בסטייה אנכית, מקצה אל קצה, של 0.45 מ"מ! נושא השיפועים הוא קריטי בהנדסת המים, כיווץ שמימדי המובילים נגזרים מהשיפועים. לכן בחינת החלופות ההנדסיות השונות, הן מבחינת התוואים והן מבחינת מימדי המתקנים, מתבססת כיום, כמו בעבר, על מדידות מדויקות ביותר.

מרכיב חשוב ביותר בשיקולי תכנון כללי הוא איתור ומיקום של מקורות המים אשר משפיעים על מיבנה מערכת ההולכה כדוגמת מיבנה המפעל הארצי ומיקום תחנת השאיבה הראשית בכנרת. השיקולים בימי קדם לחפירת הקַנַטים בערבה, בסוריה ובפרס, וכן כריית ניקבות מאזורי נביעה על פני השטח אל שכבות סלע תת קרקעי בגליל ובהרי שומרון ויהודה – משתייכים לשיקולים של תכנון כללי. השאלה במקרים אלה היתה כנראה, האם להקים רשת מובילים ארוכה ממקורות מים מפוזרים, או להשקיע אמצעים בהגדלת ניצולה של נביעה נקודתית.

בניית הבריכות במערכת המים נראית לכאורה כנובעת משיקולי הבטחת אמינות. אך יש לזכור שבתכנון מפעלי מים נשקלים, כלכלית, זה לעומת זה – הגדלת נפח האיגום כנגד הגדלת כושר השאיבה וגודל המובילים. בריכות המים משמשות כווסת במערכת המים, נוכח התנודות החלות בתצרוכת המים מזה ובתפוקת מקורות המים מזה.

 

שלב ג – שיפוט    🔗

לשם קבלת החלטות בדבר מועד ביצוע התכנית ודירוגה בין כלל המפעלים השונים לפי סדר עדיפויות, נערכים בישראל דיונים תקציביים בהשתתפות מוסדות המים (נציבות המים, תה"ל, מקורות), משרד האוצר, וגופים אחרים הנוגעים לדבר (משרד החקלאות, משרד השיכון, הסוכנות היהודית, מועצות מקומיות או אזוריות וכד'). תקציב הפיתוח של המדינה לביצוע המערכת מאושר בסופו של דבר על ידי הכנסת.

התכנית הכללית עוברת תהליכי שיפוט, שמהווים בעיקרו של דבר בקרה מקצועית וציבורית על התכנון. בוועדות שיפוט מגלים טעויות בעיבוד הנתונים, מציעים לבחינה פתרונות שלא נבחנו וכן סייגים או תוספות לתכנית. רישומו של שלב השיפוט על ביצוע התכנית מאפיין את מידת המעורבות הציבורית בפעולות הדרג הטכנוקרטי. בהתאם לתקופות ומשטרים שונים, השפעת השיפוט נעה בין בקרה כוללת בלבד לבין התערבות בפרטים והכנסת שינויים לפי השקפת המימסד. אפשר להבחין בין גישות שמעודדות פריצות דרך טכנולוגיות ואימוץ חידושים, לבין גישות שמרניות הדוחות כל חידוש.

בתכנון כל מפעל מים קיימת אינטרפרטציה של המתכנן לגבי נורמות חברתיות: מתן עדיפות בחלוקת המים, בכמותם ובאיכותם, למגזרי אוכלוסיה אלה או אחרים; הערכה לגבי רמת השירות והנוחות שתינתן להם; וכן פגיעה ברשות הפרט או נוחותו עקב ביצוע מתקנים שונים וכו'. דוגמה לכך היא מערכות המים והניקוז בעמק החולה, במסגרת תכנון הגנת אגן ההיקוות של הכנרת בפני זיהום. הנסיון מורה, שתהליך כזה חל כמעט בכל מפעל להספקת מים העומד בפני ביצוע.

מעניין הוא הדמיון בהתייחסות למקרקעין הדרושים להקמת מערכת המים, בין מדינת ישראל כיום לבין רומא במאה הראשונה לספירה: בשני המקרים ישנה גישה שונה בין רשויות מרכזיות מזה לבין רשויות מוניציפליות מזה. תכנון מובילי המים במערכות אשר מספקות את המים עד ליישובים, נעשה על ידי רשויות לאומיות או אזוריות בתוואי היעיל ביותר מבחינת תכנון המוביל, בהימנעות מפיתולים מיותרים (במידת הצורך נרכשות קרקעות, ואם יש הכרח, מבוצעות הפקעות); מאידך רשת מובילי המים בתוך הערים, המבוצעת על ידי עיריות, מונחת לפי רחובות העיר, ונעשה כל מאמץ שלא לחרוג מכך, ואפילו אם כתוצאה מכך יש צורך להאריך את הצינורות ונגרמים הפסדי לחץ הידראוליים כתוצאה מהתפתלויות.

בין שאר השפעות השיפוט אפשר להזכיר גם שיקולי בטחון: דיפון למיגון בריכות מים, כיסוי תעלות, בחירת מיקום מוצנע ומוגן למובילים ומתקנים מרכזיים. לעתים מוטלים אילוצים מדיניים, כגון לבצע מערכות מים המתבססות על מקורות מים שניצולם יקר אך בטוח יותר; או להיפך – להסתכן בביצוע מפעלי מים המתבססים על מקורות מים הנמצאים בקרבת גבול בין־לאומי, כדוגמת נסיונם של הסורים לבצע מתקנים להטייתם של מי מקורות הירדן.

 

שלב ד – ביצוע    🔗

כאשר מגיע לבסוף שלב הביצוע של המערכת, יש בה כבר צורך דחוף, ומשום כך פעילויות הביצוע נושאות בדרך כלל אופי קדחתני. להלן מוצגת רשימה תמציתית של מהות המערכת המבוצעת, המשתתפים בשלב הביצוע ואופן ניהולן של פעילויות הביצוע.

מהות המערכת המבוצעת    🔗

מערכת המים מורכבת משני חלקים, שבדרך כלל כל אחד מהם מחולק גם הוא ליחידות מישנה – אזורי הספקה: מערכת הספקת המים – החל ממקורות המים ועד לנקודות החלוקה לצרכנים ראשיים (יישובים, משבצות קרקע גדולות וכו'); מערכת חלוקת המים – ביישובים, או בשטחים החקלאיים וכו'.

המתקנים של מערכת הספקת המים נחלקים לארבעה    🔗

סוגים:

(1) מקורות המים: פיתוח מקורות מים מבוצע בהתאם לתנאים גיאולוגיים, תנאי הזרימה ושיקולים הידראוליים: קידוחים, מעיינות, בארות, תפיסת מים בנחלים או אגמים, הטיית מי גיאויות (שטפונות), אגמים מלאכותיים (על ידי סכרים, או מאגרי עפר), מתקני התפלה.

(2) מתקנים לטיפול במים: מתקנים אלה מוקמים בהתאם לאיכות המים במקור ולזו הדרושה לשם השימוש בהם. מתקנים אלה ממוקמים ליד מקורות המים, במקום מרכזי אחר במערכת המים, או בנקודות הספקה לצרכני מים. והם כוללים: שיקוע חומרים מרחפים בבריכות שיקוע, לעתים בעזרת כימיקלים לזירוז התהליך; סינון על ידי רשתות, מסנני חול או חצץ מטיפוסים שונים; סילוק ברזל, מגנזיום, מימת גפרית; ריכוך מים קשים; טיפול במים קורוזיביים; חיטוי באמצעות כלור, אוזון, קרינת אולטרה סגול וכו'; תוספת פלואור; שיפור איכות המים על ידי אמצעים ביולוגיים, כגון זני דגים מתאימים; טיפול בטעם וריח על ידי אוורור, מסנני פחם ועוד.

(3) מתקנים להולכת המים: אלו הם מתקני המערכת המובילים את המים ממקורות המים אל יעדם – משאבות, צינורות, תעלות.

כדי להמחיש את מורכבות הבעיות בתכנון מתקנים להולכת מים, נביא להלן רשימה חלקית בלבד של ראשי פרקים בנושאי תכנון הובלה בצינורות: החלטה על חומר הצינור, בהתאם לשיקולים כלכליים המביאים בחשבון את מישטר הלחצים הצפוי, טיב הקרקע וטיב המים; קביעת עובי הדופן של הצינור, בהתאם לחומר הצינור וללחצי המים והקרקע; שיטת חיבור הצינורות: סוגים שונים של תקע/שקע, מחברים בין צינורות גמישים או קשיחים, ריתוך, הברגה; הקטנת החספוס של דופן הצינור כדי להגדיל את כושר העברת המים; הגנה על הצינורות בפני איכול על ידי ציפויים והגנה קתודית; תכנון זוויות, הסתעפויות, הצטלבויות וכן מעברים מקוטר אחד לאחר במבנה שיבטיח תנאי זרימה שלווים וטובים; תכנון אמצעים למניעת הלם מים (אשר נוצר עקב שינויים פתאומיים במהירות הזרימה, כגון סגירה מהירה של מגוף), בהתאם לתנאי הקו (אורך בין נקודות המשפיעות על תופעה זו, שיא גבנון, טופוגראפיה, מישטר לחצים ותנאי זרימה רגילים, חומר הצינור, עוביו וקוטרו), על ידי מיכלי מים, צינורות או אבזרים לשחרור לחצים גבוהים, דוודים עם אויר דחוס, אמצעים שיבטיחו ששינויי הזרימה יווסתו ולא יהיו פתאומיים מדי; עיגון הצינורות בגושי בטון, בעיקר כאשר הצינור מונח מעל לפני הקרקע בתוואי גבוה, או באזורים רגישים להלם מים, ובשיפועים טופוגראפיים חזקים; תכנון אביזרים מיוחדים בקו המים, כגון שסתומי אוויר בנקודות קמורות בקו לשם שחרור אוויר כלוא ואוויר מומס וכדי להכניס אוויר לקו בעת הורקתו למניעת היווצרות ריק (ואקום); פתחים לניקוז הצינור ממים; פתחים לניקוי תקופתי של הצינור; מסננים; מלכודות לאבנים; שסתומים לשחרור לחצים גבוהים; שסתומים להבטחת לחץ מינימאלי דרוש; מגופים מטיפוסים שונים לוויסות זרימה; שסתומים למניעת זרימת מים חוזרת; מדי מים מטיפוסים שונים; תכנון התנאים של הנחת הצינורות בתעלה מבחינת עומק התעלה ורוחבה, החומר שישמש כמצע להנחת הצינור בתחתית, תנאי כיסוי הצינור, הגנת התעלה ועוד.

אמות המים הרומיות נבנו לאורך השיפוע ההידראולי של הזרימה, כדי שלא יהיה צורך להניח מובילי מים שיפעלו בתנאי לחץ מים. באותה עת טרם היו צינורות פלדה, והדרך היחידה בה ניתן להוביל מים בלחץ, היתה באמצעות צינורות עופרת או ברונזה (צינורות חרס אינם עמידים ללחץ). חוזק העופרת כנגד לחץ, קטן משל הפלדה פי 18 בערך, ולכן אין היא מתאימה לתנאי לחץ גבוה. העברת המים בלחץ נעשתה על ידי הנחת מספר צינורות צרי קוטר (10–20 ס"מ) זה ליד זה, שהיא שיטה מאוד לא חסכונית מבחינה כלכלית; וזאת במקום להניח צינור אחד בעל קוטר גדול, כפי שהדבר נעשה היום. הסיבה לכך שלא השתמשו בצינורות רחבי קוטר היא, שהמאמצים ההיקפיים בדופן הצינור גדלים ביחס ישר לקוטר הצינור. בלחצים גבוהים דרושה טכנולוגיה מתקדמת, שלא היתה אז בנמצא, על מנת להבטיח את חומר הצינור מפני הרס במתיחה, את הצינור עצמו מפני התבקעות בנקודות תורפה, ואת החיבור בין הצינורות מפני דליפה. ואכן במקרים נדירים, כאשר לא היה מנוס מהנחת צינורות האמורים לעמוד בלחץ גבוה, כדוגמה במערכת הספקת המים לפרגמון (20 אטמוספירות!), הפתרון היה יקר ביותר, וצינורות הברונזה נעטפו בחוליות אבן. ויטרוביוס כתב על הקשיים בהנחת הצינורות בשנת 30 לפני הספירה. הוא גם הביע חשש מרעילותה של העופרת. כיום ברור ללא ספק, שהעופרת רעילה גם כאשר היא נמצאת בריכוזים קטנים ביותר. מוסדות הבריאות מתריעים על סכנת הרעלה ממגע עם עופרת הנמצאת בצבעים ואוסרים שימוש באבזרי עופרת בצנרת המשמשת להספקת מי שתייה.

(4) בריכות מים: בריכות המים נבנות וממוקמות בהתאם לצורכי האגירה של המערכת (לאגירת מי לילה, לימי שיא, אגירה לתנאי חירום וכו'), לתנאי הלחץ הרצויים וכן כמרכזי בקרה לשליטה טובה בהפעלת מערכת המים כולה.

מיקום הפתחים לכניסת המים לבריכה וליציאתם ממנה נעשה במגמה שתובטח תחלופה טובה של כל גוף המים בבריכה תוך כדי השימוש במים, ושתוך כדי מעבר המים בבריכה לא תורע איכות המים כתוצאה מסחיפת חומר השוקע בתחתית הבריכה, למשל. כמו כן מותקנים בבריכה מתקנים שונים: להגלשת מי עודפים, כדי שהמים לא יגלשו מעל קירות הבריכה ויגרמו לנזקים; להורקת הבריכה ממים לצורך ניקויה וביצוע תיקונים; לוויסות גובה המים; וכן שסתומים ומגופים שמאפשרים שליטה בכניסה וביציאה של המים ומבטיחים נפחי מים רצויים למטרות חירום. הקסטלום הרומי היה בריכת מים שמילאה את התפקודים האלו. עיון מקצועי בפרטי מבנים אלה מלמד, שתכנונם נועד להבטיח קווי זרימה שקטים של המים, תנאים גיאומטריים להגברת שיקוע חומרים מרחפים, תחלופת כל גוף המים ללא ‘שטחים מתים’, ואמינות בתנאי חלוקת המים למערכות חלוקה בקטגוריות צריכה שונות.

את בריכות המים המיועדים לשתייה מכסים כיום בתקרה (או כיפה, בהתאם לפתרון הקונסטרוקטיבי), כדי שהמים לא יזדהמו מגופים זרים (כולל מגע עם בעלי חיים) וכדי שלא יתפתחו בהם אצות, אשר זקוקות לאור לשם תהליך הפוטוסינטזה. החל מהתקופה ההלניסטית רווח הסיום של אמות מים ארוכות במאגרים מקוּרים, כדוגמת מאגרי המים בהר הבית בימי הבית השני. דוגמה לבריכה כזו היא ‘בריכת אחזיה’ ברמלה (הידועה יותר כ’בריכת סנט הלנה', או ‘בריכת העמודים’), אשר תוכננה כחלק מהתכנון העירוני של העיר החדשה בתקופה האומאית.

מבחינה קונסטרוקטיבית, יש לבנות את הבריכה באיכות ביצוע מעולה, כדי שלא ידלפו ממנה מים, למרות הרטיבות המתמדת, התייבשויות תקופתיות שיכולות לגרום לסדקים, ולמרות לחץ המים הגבוה (עמוד־מים בגובה 10 מ' יוצר לחץ של אטמוספירה). בימינו בונים בריכות מים גבוהות ובנפח גדול מחומרים חזקים וחסכוניים, אשר הנפוצות שבהן – בריכות מבטון דרוך: על קירות הבריכה העגולה מופעל מבחוץ לחץ על ידי כבלי פלדה, הנמתחים ומתהדקים סביבה. לחץ זה פועל בכיוון מנוגד ללחץ המים אשר בתוך הבריכה. כתוצאה מכך ניתן לבנות קירות בטון דקים, למרות מפלס המים הגבוה שבבריכה. בימי קדם לא היה אפשר לבנות בריכת מים עם קירות גבוהים, מבלי להזדקק לשם כך לעובי קירות עצום. משום כך הבריכות הגדולות נחפרו, או נחצבו, בתוך הקרקע. הקירות העבים (עם טיח מעולה כנגד דליפות) נשענו כלפי הקרקע, אשר תמכה בהם מבחוץ כנגד הלחץ הפנימי של המים.

למטרות אגירה עונתית נבנים מאגרי עפר וסכרים לרוחב נחלים או ואדיות. אלה הם מבנים הידראוליים, אשר פרטיהם מעוצבים בהתייחס לקווי זרימת המים. תכנונם מחייב ניתוח של תנאים טופוגראפיים, הידרולוגיים וגיאולוגיים של אתר הסכר ושטחי ההצפה שינבעו מהקמתו. לשם הקמתו יש לחשב מראש את חוזק סוללת העפר ויסודותיה, לתכנן מיברץ – תעלה בצד הסכר – שיבטיח את הסכר מפני הצפה על ידי כך שיגליש את מי השטפונות כאשר האגם שנוצר על ידי הסכר מלא על גדותיו. למרות הנסיון הרב שנרכש והתפתחות התיאוריות והשיטות לחישובים הקשורים בתכנון סכרים ובהקמתם, קורים מדי פעם אסונות של פריצת סכרים. אז נע גוף מים ענק, אשר גורם להצפות משולבות בפרץ גלי־נד ענקיים ומהירים. בהתייחס לכך, יש לציין שברחבי המזרח התיכון מרובים השרידים של סכרים עתיקים, שהתנשאו לגובה של עשרות מטרים, אשר נבנו כהלכה ופעלו בתנאים קשים במשך שנים מרובות. אחדים מהם נמצאים במצב מצוין עד עצם היום הזה.

המתקנים של מערכת חלוקת המים    🔗

מערכת חלוקת המים מחולקת לאזורי לחץ, בדומה למערכת ההספקה. המערכת מורכבת ברובה ממובילי מים, אשר הולכים וקטנים ככל שמתרחקים לפריפריה של המערכת, ומבריכות אגירה מרובות, וביניהן מגדלי מים, אשר מיועדות להבטיח נפח אגירה ומישטר לחצים רצוי באזורים השונים של מערכת החלוקה. במקרים רבים (כולל תל אביב) במערכת החלוקה משולבים גם מקורות מים מקומיים (בתל אביב – בארות מים).

בניגוד למערכת הספקת המים, במערכת החלוקה מרובים מגופים לוויסות וחיבורי מים לבתים, לנקודות מים ציבוריות, למזרקות, למערכות להשקיית גנים ציבוריים ולהידרנטים (חיבורי מים בעלי כושר ספיקה גבוה לשם כיבוי אש במקרה שריפה).

מתקנים נוספים במערכות מים    🔗

מתקנים של מערכות הספקת המים משולבים לעתים בייצור כוח, כדוגמת ייצור חשמל במתקני התפלה דו תכליתיים, ייצור חשמל על ידי טורבינות לניצול אנרגיה הטמונה במקורות מים גבוהים – בשילוב עם סכרים ולעתים אף במסגרת מפעלים להספקת מים. דבר זה נעשה גם בעבר, כאשר כוח המים נוצל להנעת טחנות קמח. מהנדס המים עוסק גם במערכות עם מגמת זרימה שונה מזו של מערכות הספקת מים: מערכות ניקוז למי גשם או לעודפי מי השקייה, ומערכות ביבים לאיסוף שפכים, ריכוזם, טיפול בהם וסילוקם. מערכות אלה מאספות ומרכזות זרימות, במקום לחלקן, וזאת בזרימה גרביטאציונית במערכת דמוית עץ: כאשר הבדים מסתעפים לענפים ואלה לענפים עבים יותר ואלה לגזע. מהנדס המים עוסק גם בתכנון מערכות נוספות, כגון מערכות השקייה, מערכות צינורות להזרמת מוצקים, נוזלים שונים וגזים בתהליכי תעשייה, מערכות לייצור כוח הידרו חשמלי, הגנת חופים, בניית נמלים ומבנים ימיים.

העושים במלאכה    🔗

העוסקים בתכנון המתקנים של מערכת המים משתייכים לשטחים הנדסיים שונים: מהנדסי מים, גיאולוגים, מהנדסי בניין, מכניקת קרקע, הנדסה סביבתית וסניטרית, הנדסת מכונות, חשמל, ארכיטקטורה ודרכים. בביצוע מערכת המים עוסקים גם ספקי חומר (כגון מחצבות), יצרני חומר גלם מעובד (כגון מלט, סיד, ברזל, צבעים וכו'), אנשי תובלה, בתי מלאכה ובתי חרושת (לייצור משאבות, מנועים, צינורות, אביזרים הידראוליים, חלקי בניין טרומיים ועוד), קבלנים לעבודות חפירה, בניין, צנרת, חשמל, מכונות, חפירת בארות, קדיחת קידוחים, ובעלי מקצועות טכניים מתחומים רבים. בחברות עתיקות, כגון מצרים העתיקה, שבהן היה המישטר תלוי במידה רבה בפיתוח ובפיקוח על מערכות מים והשקייה, העיסוק בתחום זה היה בין התפקידים המרכזיים של המינהל והפקידות הממלכתיים.

אופן הביצוע    🔗

מישורי הפעילות העיקריים בשלב הביצוע הם:

(1) מדידות מפורטות של האתרים בהם תבוצע העבודה – מיפוי מדויק של השטח, כולל גבולות בעלות, שיפועים וכו'.

(2) עבודות סקר גיאולוגי, בדיקות קרקע – לשם הערכה וחישוב של תנאי החציבה, הביסוס וכד'.

(3) תכנון מפורט: הכנת תכניות עבודה מפורטות לכל מתקני המערכת. משיקולי פשטות בשלב הביצוע, ולאחר מכן בשלב האחזקה, משתדלים להשתמש בפרטים תקניים – דהיינו, פרטים זהים, אשר יהיה להם שימוש נרחב במספר רב של מערכות, כך שיהיה פשוט יותר לבצעם ולפקח על איכותם וכן שהפעלתם ותיקונם יהיו מוכרים גם לפועלים בלתי מקצועיים.

(4) הזמנה מוקדמת של אביזרים שמשתלבים במערכת ואשר ייצורם אורך זמן רב (צינורות לסוגיהם, משאבות ומנועים, מגופים, שערים לוויסות מים וכו').

(5) הסדרים חוקיים – טיפול בהסדרת מקרקעין, קבלת אישור מבעלי אינטרסים ציבוריים או פרטיים ואחרים, אישור לביצוע המתקנים במקום ובצורה המתוכננת (כולל ועדות מקומיות או מחוזיות לבנייה) תיאום עם תכנון דרכים ושירותי תשתית אחרים, התייחסות להשגות של בעלי נכסים שכנים וכד'.

(6) הכנת מפרטים – מסמכים המגדירים במפורט ובדיוק את דרישות האיכות לחומרים ולעבודה בביצוע כל מרכיבי המערכת.

(7) הכנת כתב כמויות – רשימת כל הפרטים מהם תורכב המערכת, וכמות משוערת של כל אחד מהם, אשר צירופם יהווה את המערכת המושלמת בהתאם לתכניות. כתב הכמויות משמש גם להכנות לקראת ביצוע העבודה (חומרים, צוותות העבודה וכו') וגם למעקב אחרי התקדמות הביצוע בפועל. כתב הכמויות אשר מתעדכן במשך העבודה על ידי דיווח מוסמך, משמש בסיס לתשלום עבור ביצוע העבודה.

(8) הכנת הצעות עבודה – ניתוח התכניות, המפרטים וכתב הכמויות על ידי מבצע העבודה הפוטנציאלי ומתן הצעת מחיר וזמן לביצוע המערכת (או הערכת עלותה לביצוע בזמן הנדרש על ידי מזמין העבודה). לעתים נערך מיכרז, ואז מוגשות הצעות בהתאם לכתב הכמויות, על בסיס תחרותי בין קבלנים שונים. במקרה כזה נדרשת מהמציע גם הוכחת נסיון ומיומנות לביצוע עבודה בהיקף ובמורכבות הנדרשים.

(9) ביצוע המערכת – ביצוע המערכת על כל מתקניה. בביצוע עבודות מים דרושה רמת מיומנות גבוהה במיוחד, כיוון שמתקנים הידראוליים חייבים להיות אטימים, עמידים בפני לחצים, זרמים גועשים ומערבולות, וכן בעלי עיצוב מדויק.

(10) פיקוח – הפיקוח על הביצוע מבחינת הכמות והאיכות. התשלומים למבצע מבוצעים רק לאחר שהחשבונות אשר הוגשו על ידו תוקנו ואושרו על ידי המפקח.

 

שלב ה – הפעלה ואחזקה    🔗

לאחר שמערכת המים הוקמה היא מופעלת למילוי יעדיה, בהתאם להנחיות התכנון ולנסיון ולצרכים שמתעוררים במשך הזמן; כמו כן יש להבטיח שמצבה יהיה תקין לאורך זמן. אין זה המקום להרחיב את הדיבור על שלב זה, שכן הפעלת המערכת ואחזקתה הן פעילויות טכניות הנעשות בהמשך לקווי המחשבה שבאו לידי ביטוי בשלבים הקודמים. הפעולות בשלב זה נערכות במגע קרוב והדוק עם הציבור מזה ועם המימשל מזה, כך שאפשר לראות גם בהן חלק ממכלול פוליטי, חברתי וארגוני, השונים ממקום למקום ומתקופה לתקופה.

להלן מספר נקודות המתייחסות להיבטים תכנוניים הנדסיים: המהנדס מתכנן את איכות הפרטים של מתקני המערכת לפי אורך חיים מינימאלי רצוי, בהתאם לשיקולים כלכליים ואחרים כדלקמן:

במערכות מים עתיקות יש מתקנים במצב תקין וטוב לאחר שימוש במשך מאות ואלפי שנים.

במסגרת עבודות האחזקה מבוצעות פעולות מנע שוטפות ותיקונים מקומיים. לעתים יש צורך להרחיב את היקף העבודות בגלל מצב רעוע כולל של המערכת. כך, למשל, עקב דליפות מים בכמות גדולה מדי ברשתות חלוקת המים של תל אביב ושל ירושלים, היה צורך להחליף שם בשנים האחרונות עשרות קילומטרים של צינורות תת קרקעיים. דוגמה אחרת היא התיקונים שנעשו באמת המים הרומית לקיסריה. שיפועה של אמה זו היה מתון ביותר, והיא שקעה בקטע המעבר דרך אזור ‘ביצות כברה’. בקטע ששקע הונחו צינורות חרס בתוך אמת המים, אשר פעלו כגיחון, לשם העברת המים בין קטעי התעלה היציבים ממרגלות הכרמל מזה לחולות קיסריה מזה.

פעולות אחזקה אחרות בצנרת, אשר נעשו מימי קדם עד עצם היום הזה, הן ניקוי צינורות ותעלות ממשקעי אבנית וטרוורטין בעזרת שימוש בחומצות, שפשוף וסיתות.

משאבת בורג לטיפול בשפכי גוש דן

הערה על משאבות כיום ובזמן העתיק    🔗

המשאבה המודרנית הראשונה שהופעלה במנוע קיטור, הורכבה בלונדון בשנת 1787. המשאבות הנפוצות ביותר כיום בתחום הספקת המים הן משאבות מדחף – או משאבות צנטרפוגליות – שהופכות את האנרגיה הקינטית (מהירותית), המוקנית למים על ידי סיבוב מהיר של הכנפיים, לאנרגיה פוטנציאלית שהיא לחץ הידראולי המעלה את המים לגובה הדרוש, שיכול להגיע למאות מטרים ואף לעלות על קילומטר.

למרות הפיתוח הטכנולוגי והשימוש הרב במשאבות הצנטרפוגליות, הרי בשאיבה לגבהים נמוכים, עד 8 מ', נפוץ עדיין השימוש במשאבות בורג (או ‘בורג ארכימדס’). במקרים רבים שיקולים כלכליים מצביעים על עדיפות של משאבות בורג על פני סוגי המשאבות האחרים. מסיבה זו מרכיבים בימים אלה משאבות מטיפוס זה במתקני הטיפול לשפכי גוש דן (איור 2). משאבת הבורג הומצאה על ידי ארכימדס (287–212 לפני הספירה) כדי להוציא מים מבטן אוניה שנבנתה על ידי המלך חירון השני מסירקוזה (שבסיציליה), והיא מורכבת משפופרת אטימה שמותקן בה בורג חלזוני, המעלה את המים באופן מכני כאשר הוא מסתובב.

 

סיכום    🔗

הסקירה על נושא תכנון מערכות המים שהובאה לעיל, נעשתה מההיבט הטכני גרידא. לא הוזכרו כלל נקודות מרכזיות נוספות, אשר מנחות את התכנון ומשמשות כרקע להבנת המערכות השונות: בידי מי הבעלות על המים, מהם החוקים והמפתח לחלוקת המים, כיצד ממומנים מפעלי המים ואחזקתם, מי האחראי לפעולות הפיתוח, התכנון, ההפעלה והאחזקה בשלבים השונים, האם משלמים עבור השימוש במים וכיצד.

כאשר אנו ניצבים מול מערכת מים קדומה מתעוררת השאלה, האם היו בתכנונה שיקולי תכנון לטווח ארוך. האם נלקח מקור המים באקראי, כפי שהוא, או שמא נערכו שיקולים שבחנו צירופים אפשריים שונים של פיתוח מקורות המים, מערכת מובילים וכו'; ובלשון אחרת – האם המערכת מתוכננת, או שמא היא תגובה ספונטאנית לתנאים קיימים.

שילוב נושא הספקת המים במסגרת חקירות ארכיאולוגיות והיסטוריות עשוי להרחיב את הבנת החברה הנחקרת בתחומים הבאים: התלות בין נושא המים להיקף הפיתוח הכולל, מקומו של התכנון, רמת הידע והפיתוח הטכנולוגי, מידת התושייה, מטרות השלטון בתחום הספקת המים והארגון החברתי.