מי נגר

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

מי נגר

מים אלה הם משני סוגים:

• נגר עילי הנקרא גם נגר ישיר – כולל את מי הגשמים והשלגים היורדים באזור אגן הניקוז אחרי שחלקם התאדה או חלחל לקרקע. גורמיו הם בעיקר האקלים וסוג הקרקע. 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 והמים אינם מספיקים להיספג באדמה), וככל שפני השטח משופעים יותר – כך מצטברים יותר מי נגר. מי הנגר זורמים ומעמיקים את ערוצי הנחלים והנהרות. נגר עילי הוא מרכיב עיקרי במחזור המים וגורם לשחיקת סלעים ולסחיפת קרקע. 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. המסת שלגים וקרחונים אפשרית רק במקומות שבהם יש מזג אוויר קר מספיק כדי לאפשר את היווצרותם. בדרך כלל המסת שלגים מגיעה לשיאה באביב והמסת קרחונים – בקיץ. הגורמים המשפיעים על קצב המסת השלגים והקרחונים הם טמפרטורת האוויר וגם אורך שעות היום. ברכסי הרים גבוהים לעיתים קרובות זרימת המים בנחלים מתגברת בימי שמש ויורדת בימים מעוננים.

באזורים שאין בהם שלג נוצר נגר עילי על ידי גשמים. לא כל גשם גורם לנגר עילי, מפני שהדבר תלוי גם ביכולת הספיגה של הקרקע. בקרקע מאוד עתיקה כמו באוסטרליה ובדרום אפריקה, קיימים שורשים מקובצים בעלי רשת סבוכה של "שיער שורש". תנאים אלו מגדילים רבות את כושר הספיגה של הקרקע 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 – כאשר הגשם יורד בקצב מהיר יותר מקצב הספיגה של הקרקע, וכל אגני הניקוז המקומיים מלאים, נוצר נגר עילי גם אם הקרקע עליה יורד הגשם אינה רוויה. תופעה זאת נקראת "נגר עילי כתוצאה מעודפי מי גשם" או "נגר עילי הורטוני" (Hortonian overland flow) על שם רוברט א. הורטון (אנ'). הדבר נפוץ באזורים צחיחים או צחיחים למחצה, כאשר הגשמים אינטנסיביים מאוד ויכולת הספיגה של האדמה יורדת כתוצאה משטח פנים אטום, או באזורים סלולים, כדוגמת אזורים אורבניים, שבהם המדרכות והכבישים מונעים את ספיגת המים.
• קרקע רוויה – כאשר הקרקע רוויה וכל אגני הניקוז מלאים והגשם ממשיך לרדת, מי הגשם הופכים מיד לנגר עילי. רמת לחות של הקרקע בדרגה b היא גורם אחד המשפיע על קצב הרוויה של הקרקע. תופעה זו נקראת "נגר עילי היולטיאני" על שם ג'ון היולט (John D. Hewlett).
• דרגת הלחות של הקרקע – קרקע שומרת על רמת לחות מסוימת אחרי ירידת גשמים. לחות זו משפיעה על היכולת של הקרקע לספוח מי גשמים עתידיים. כלומר, קרקע בעלת לחות גבוהה תגיע לרוויה בקצב מהיר יותר מאשר קרקע בעלת לחות נמוכה.
• זרם תת-קרקעי שבוקע מן הקרקע – לאחר חלחול של מים במורד 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

התרחבות שטחי העיר מעצימה את תופעת מי הנגר העילי על ידי יצירת שטחים אטומים כמו כבישים ובניינים, שאינם מאפשרים למים לחלחל דרך הקרקע עד לאקוויפר. במקום זה המים זורמים ישירות לתוך נחלים או ביבים. הזרימה המוגברת בנחלים גורמת לסחיפת קרקע, גם באזורים שאין בהם הצפות. מי נגר מוגברים מקטינים את התחדשות מי התהום, וכתוצאה מכך כמות המים האגורים 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. מי הנגר יכולים לשאת את הזיהום 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 הוא הגורם העיקרי לאיכות מים ירודה בארצות הברית.

השפעות הנגר העילי

שחיקה וריבוץ

מי נגר עילי גורמים לשחיקת משטח כדור הארץ. החומר שנשחק נישא במים ושוקע באזורים חדשים. קיימים ארבעה סוגים עיקריים של שחיקה.

1. שחיקת התַזה – התוצאה המכנית של התנגשות טיפות המים בקרקע. חלקיקי קרקע משתחררים ונישאים במים לנחלים, נהרות וימות.
2. שחיקה של חרצים – נגרמת על ידי כוח הזרם, שהוא מספיק חזק בכדי לחתוך 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 הנישאים 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 גם היא 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, קוטלי חרקים ודשנים למיניהם. בני האדם מודדים את כמות קוטלי החרקים הנישאים במי הנגר מאז שנות ה-60 של המאה ה-20 ומהר מאוד הבינו שהמגע בין קוטלי 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 המטבוליים של בעלי החיים החיים במים. שינויים אלו יכולים להוביל לתופעות כמו מוות המוני של דגים או לשנות את האיזון בין אוכלוסיות הדגים הקיימות. עוד דברים המושפעים מזיהומים במים הם, הזדווגות החיות, השרצה, יכולת הקיום של ביצים וזחלי דגים, ופוריות של צמחים. ישנם מחקרים המראים כי נוכחות קוטלי חרקים במים, כגון ddt, יכולה לשנות את מינם של דגים מסוימים באופן גנטי. נגר עילי באזורים מיוערים יכול להוביל לאגמים מטענים גדולים של מינרלים כמו חנקן וזרחן. דבר זה מוביל לאיטרופיקציה. מי הנגר באזורים של יערות מחטניים מלאים בחומצות רקבוביות, דבר שיכול להוביל לריקבוב של מאגרי מים.

במקרה של מי תהום, הבעיה העיקרית היא זיהום מי השתייה, אם האקוויפר משמש לכך. בנוגע לזיהום הקרקע, מי נגר יכולים לגרום לשתי בעיות עיקריות. ראשית, מי נגר יכולים להוציא זיהום מהקרקע ולהעבירו בצורת זיהום מים למקווי מים, שהם רגישים יותר. שנית, מי נגר יכולים לשאת חומרים מזהמים אל קרקע נקייה, וליצור בעיות בריאותיות או אקולוגיות.

השפעות חקלאיות – מפני שחקלאים לא מתזמנים את זמני ההדברה לזמנים שבהם לא יורד גשם ההשפעה של קוטלי חרקים גדולה יותר.

הצפות

הצפות קורות כאשר נתיב המים לא מסוגל להכיל ולהעביר את כמות המים הזורמים בו. 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 ההצפות העונתיות, שהעשירו את הקרקע במינרלים שמועילים ליבולים. אולם, ככל שמספר היישובים בעולם גדֵל והם הופכים פגיעים יותר, ההצפות הופכות מסוכנות יותר. ההשפעות השליליות של ההצפות כוללות אובדן חיים, נזק לרכוש, זיהום מאגרי המים, איבוד תוצרת חקלאית ואיבוד מקום מגורים קבוע. הצפות הן בין אסונות הטבע הקשים ביותר.

צמצום ותיקון התופעה

ניתן לצמצם את ההשפעות השליליות של מי נגר במספר דרכים:

• תכנון של שימושי הקרקע באופן שיפחית את היקף המשטחים האטומים באזורים עירוניים.
• צמצום סחיפת האדמה בחוות ואתרי בנייה.
• תוכניות למניעת הצפות.
• פיקוח על השימוש בכימיקלים בחקלאות, גינון, תעשייה וכו'.

על פעילות הסקירה, תכנון, בקרה, ניהול ופיקוח בתחום, אמונים לרוב הידרולוגים - מהנדסים המומחים בנושאי מים, חקלאות, קרקע ואקולוגיה.

שימוש בקרקע

הרבה גורמים רגולטוריים בעולם מעודדים את חקר השיטות להקטנת תופעת הנגר העילי על ידי הימנעות ממשטחים קשים (שטחים אטומים ובלי חיכוך). הרבה עיריות יצרו קווים מנחים 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.

צמצום סחיפת האדמה

קיימות שיטות לצמצום סחיפת האדמה מאז ימי הביניים כאשר חקלאים הבינו את חשיבותה של חקלאות מתוכננת כדי שיוכלו לשמור על מאגרי האדמה. 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 מאמציהן 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, ותכנון בנייה בחודשים היבשים. כיום משתמשים גם במתעלים, סכרונים, בורות ניקוז, אגירה וחילחול ואף צמחייה.

מניעת הצפות

כבר במחצית הראשונה של המאה ה-20, תוכניות למניעת הצפות יכלו לצפות את נקודות הזרימה החזקות ביותר בנחלים ונהרות. כתוצאה מכך פותחו אסטרטגיות להקטנת מהירות הזרימה ולמניעת שיטפונות. השיטות הנפוצות הן אגני ניקוז כדי למנוע זרימה חזקה ומהירה, תיעול והולכה בנויים, אזורי חלחול והחדרה (לרוב בשטחי יערות ופארקים) ומאגרי מים.

פיקוח על השימוש בכימיקלים

לאחר יישום תוכנית שימור המשאבים הטבעיים בארצות הברית ב-1976 ותוכנית איכות המים ב-1977, מדינות וערים בארצות הברית החלו לפקח על אחסון כימיקלים רעילים בקפדנות רבה יותר, במטרה למנוע דליפה והתפשטות של חומרים רעילים. השיטות הנפוצות הן החובה להשתמש במיכלים עמידים במיוחד או בעלי דופן כפולה (מיכל בתוך מיכל) כאשר מאחסנים כימיקלים מתחת לקרקע, רישום שימוש בחומרים מסוכנים, צמצום מספר קוטלי החרקים המאושרים ופיקוח הדוק יותר על דשנים למיניהם. בהרבה אזורי תעשייה נדרש טיפול ראשוני בשפכים כדי לצמצם את דליפת המזהמים לסביבה.

מדידה ומודלים מתמטיים

מי נגר עילי מנותחים על ידי שימוש במודלים מתמטיים בשילוב עם שיטות דגימה של איכות המים. ניתן לבצע את המדידות על ידי מכשירים אוטומטיים רציפים לניתוח איכות המים, שבודקים מזהמים ספציפיים כמו כימיקלים אורגניים או לא אורגניים, pH, עכירות וכו', או סימנים משניים כמו חמצן מומס במים. את המדידות ניתן לעשות גם על ידי מדידה של אצוות מים ולא על ידי זרימה רציפה של מים.

בשנות החמישים של המאה ה-20, מודלים להעברת מים חישבו את כמויות מי הנגר העילי ואת מהירויות הזרימה, בעיקר לצורך חיזוי הצפות. בתחילת שנות ה-70 של המאה ה-20 פותחו מודלים חישוביים לניתוח זרימת מי נגר עילי שמכילים מזהמים. מודלים אלו לוקחים בחשבון את קצב ההמסה של כימיקלים שונים וקצב החלחול לתוך האדמה, ומחשבים את כמות המזהמים שתגיע בסופו של דבר אל מקווי המים.

ראו גם

• התפלת מי ים

קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
ערך מילוני בוויקימילון: מי נגר

• נגר עילי – אנציקלופדיה, המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית
• ד"ר אלעזר במברגר, מבוא כללי לנושא של נגר עילי, הידרומודול, 6 בדצמבר 2017
• שיטפונות ונגר עילי בישראל - אתר רשות המים
• מירב מורן, לפני שהעיר טובעת: יש מה לעשות עם מי הגשמים המציפים את הרחובות, באתר TheMarker‏, 11 ביולי 2017
• משה גלעד, מערכת הגשם האחרונה הוכיחה שוב שתושבי הארץ הקדומים הבינו במים יותר מאיתנו, באתר הארץ, 20 בדצמבר 2020
• ד"ר אלעזר במברגר, Philosophy and principles of hydrological survey (הידרולוגיה של נגר עילי - עקרונות ולוגיקה של התהליך), הידרומודול, 26 ביולי 2021
• פרופ' נעמי כרמון, ניהול בר-קיימא של נגר עירוני – מטרות, פתרונות ודיון בסוגיות בוערות - אקולוגיה וסביבה, באתר אקולוגיה וסביבה, ‏14 בנובמבר 2023
• מינהל התכנון (2023) מסמך מדיניות בנושא נגר עירוני
• science/overland-flow מי נגר, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)