אקו הידרולוגיה

אקו-הידרולוגיה הינה גישה מדעית בין תחומית המתייחסת לפתרון בעיות סביבתיות הקשורות למים, תוך התחשבות בדינמיקה של המערכת ובמרכיביה האקולוגיים וההידרולוגיים.^[1] תחומי המחקר באקו הידרולוגיה כוללים שימוש במים, התאמת האורגניזמים לסביבה המימית שבה הם חיים, השפעת הצמחייה על עצמת הזרם ותפקודו, ותהליכי משוב המתרחשים בין המערכת האקולוגית למחזור ההידרולוגי .

אקו הידרולוגים חוקרים מערכות קרקעיות ומערכות מים. במערכות אקולוגיות יבשתיות כגון יערות, מדבריות וסוואנות יחסי הגומלין בין הצומח, פני הקרקע, האקלים ומי התהום - הם המוקד העיקרי. במערכות אקולוגיות ימיות כגון נהרות, נחלים, אגמים וביצות, המחקר מתמקד בהשפעת הכימיה, הגיאומורפולוגיה וההידרולוגיה על מבנה אגן המים ותפקודו.

פתרונות אקו- הידרולוגיים כוללים את כל טווח התהליכים,מהמולקולרי ועד האגני,והם ברי המרה לאמצעי ניהול בקנה מידה אגני. הפתרונות שמציעה גישה מדעית זו מבוססים על הבנת ההשפעה ההדדית שבין תהליכים האקולוגיים וההידרולוגיים, ועל הבנת הגורמים המעצבים אותם . ^[2](2000)Zalewski et al.

אחד הכלים העיקריים המשמשים במחקר האקו-הידרולוגי הוא מודלים ממוחשבים. המודלים משלבים נתונים ותיאוריה כדי להבין אינטראקציות בין הצומח והמים וכיצד משפיעות החלטות של בני האדם על מצב משאבי המים, הצמחייה והמערכת האקולוגית.

מושגי מפתח

מערכות אקולוגיות באגני מים ובסביבתם כוללות משתנים רבים, ביוטיים- כגון צמחיה ובעלי חיים, ואביוטיים- כגון אקלים, קרקע ומים. המחזור ההידרולוגי מתאר את התנועה המתמדת של מים על פני השטח, מעל ומתחת לפני האדמה. זרימה זו משתנה על ידי מערכות אקולוגיות בדרכים שונות: תהליך הדיות המתרחש בצמחים מעביר מים מן הקרקע אל האטמוספרה. משקעים מן האטמוספרה משפיעים על זרימת המים, זרימת המים משפיעה על אופי הכיסוי הצמחי על פני הקרקע, ובה בעת הכיסוי הצמחי בגדות הנהר מעצב את מסלול הזרימה. יחסי הגומלין בין ההידרולוגיה למערכות האקולוגיות מורכבים.

הנחות יסוד

קיימים יחסי הגומלין בין המרכיבים הביולוגיים, האקלים והמים במגוון מערכות מימיות טבעיות. יחסי גומלין אלה ניתנים לניהול.

הנחות יסוד לצורך זה הן:

הנחה 1: ההסדרה של גורמים הידרולוגיים במערכת אקולוגית או אגנית יכולה להיות שימושית לבקרה על תהליכים ביולוגיים.

הנחה 2: עיצוב המבנה הביולוגי של מערכת אקולוגית באגן ניקוז יכול להיות שימושי לצורך הסדרת תהליכים הידרולוגיים לכל אורכו .

הנחה 3: שני סוגי ההסדרה משולבים ברמה האגנית יכולים להיות שימושיים לצורך פיתוח בר קיימא של משאבי מים טבעיים. מטרת העל, כפי שהוגדרה עפ"י ההנחות לעיל, הינה ניהול בר קיימא של משאבי המים הטבעיים.

צמחייה ומים

הפיזיולוגיה של הצמח קשורה ישירות לזמינות המים. באזורים צחיחים למחצה, כמו סוואנה אפריקאית, סוג הצמחייה ודרך הפצתה תלויים ישירות בכמות המים שהצמחים יכולים להפיק מן הקרקע.

כאשר זמינות המים בקרקע גבוהה יש קליטת מים מרובה מן הקרקע, הפיוניות שעל העלים נפתחות והדיות גבוהה, בה בעת רמת קליטת הפחמן הדו חמצני גבוהה אף היא. לעומת זאת, כאשר אין מספיק מים בקרקע, הפיוניות נסגרות, שיעור הדיות יורד, הפוטוסינתזה פוחתת, לחץ טורגור יורד ומתחילים תהליכי כמישה. כאשר תהליכי פוטוסינתזה מתמעטים - רמת הפחמן הדו חמצני עולה ועשויה להשפיע על האקלים ומזג האוויר- שישפיע בתורו על זמינות המים בקרקע.

מושג הגירעון במים, כפי שפותח על ידי סטוקר בשנות העשרים,^[3] הוא מדד שימושי לאיזון הקיים בצמח בין ספיגה לאובדן מים. גירעון מים קל אינו פוגע בתפקוד הצמח, ^[4] בעוד שגירעון גדול יותר משבש את תהליכי הצמיחה באופן חסר תקנה.

לחות הקרקע

לחות הקרקע הוא מונח כללי המתאר את כמות המים המצויה בין פני הקרקע לשכבת מי התהום, בקרקעות שונות תכולת המים שונה, מידת הנקבוביות של הקרקע משפיעה על יכולתם של המים לחלחל לעומקה, ועל זמינותם לפעילות הביולוגית של הצמחים. מחקרים גלובליים שנערכו לאחרונה באמצעות איזוטופים יציבים במים הראו כי לא כל לחות הקרקע זמינה באופן שווה עבור מי תהום או עבור שורשי הצמחים.

עיתוי ומרחב בתיאוריה האקו הידרולוגית

התיאוריה האקו-הידרולוגית מייחסת חשיבות לקשר שבין הזמן והמרחב . הידרולוגיה, ובמיוחד העיתוי של אירועי משקעים, יכולים להיות גורם קריטי בדרך שבה המערכת האקולוגית מתפתחת עם הזמן. לדוגמה, נופים ים תיכוניים חווים קיץ יבש וחורפים רטובים. המערכת האקולוגית התפתחה כך שהיא כוללת עשבים גבוהים בחורף - כאשר המים זמינים בשפע, ואילו העצים, בעלי השורשים העמוקים, מותאמים לבצורת קיץ.

אקו-הידרולוגיה עוסקת בגורמים ההידרולוגיים שמאחורי ההתפלגות המרחבית של הצמחים. המרווח האופטימלי והארגון המרחבי של הצמחים נקבע לפחות חלקית על ידי זמינות המים. במערכות אקולוגיות עם לחות קרקע נמוכה, עצים ממוקמים בדרך כלל רחוק יותר מאשר הם יהיו באזורים רוויי מים.

מאזן המים

משוואה בסיסית באקו הידרולוגיה בוחנת את איזון המים בנקודה אחת בנוף. מאזן המים קובע כי כמות המים הנכנסים לקרקע חייבת להיות שווה לכמות המים העוזבים את הקרקע בתוספת השינוי בכמות המים המאוחסנים בקרקע. למאזן המים יש ארבעה מרכיבים עיקריים: חדירת משקעים לאדמה, אידוי, רמת הרוויה של הקרקע, חלחול מים לחלקים עמוקים של הקרקע שאינה נגישה לצמח.

על מנת לפתור את המשוואה, יש לזהות את קצב האידוי כפונקציה של לחות הקרקע. המודל המשמש בדרך כלל לתיאור זה קובע כי מעל רמת רוויה מסוימת, אידוי יהיה תלוי אך ורק בגורמי אקלים כגון חום שמש זמין. מתחת לנקודה זו, לחות הקרקע מושפעת מפוטנציאל האידוי, כלומר מיכולת האוויר לספוג את הלחות שבקרקע, ופוטנציאל הכמישה שהוא מדד פיזיולוגי התלוי בצמחיה. לחות הקרקע עשויה לרדת עד לרמה שבה השורשים אינם יכולים לחלץ עוד מים. מבחינת הצמח - נקודת כמישה היא נקודת המינימום של לחות הקרקע שבה צמח יכול לקיים את פעולות החיים שלו.

אקו הידרולוגיה בישראל

הגישה האקו הידרולוגית מוכרת בישראל בעיקר בהקשר של שיקום נחלים שזוהמו עקב פעילות האדם. ניצול מקורות המים הטבעיים של ישראל והפיתוח העירוני והחקלאי המואץ במשך עשרות שנים גרמו נזק ופגיעה בנחלים: בכמות המים בהם ובאיכותם וכן במערכות האקולוגיות הייחודיות בנחלים ובבתי הגידול הלחים. בעשורים האחרונים הועלה המצב החמור של נחלי ישראל לדיון ציבורי ומקצועי, והוגדר צורך בגיבוש מדיניות לשיקום הנחלים ובתי הגידול הלחים בישראל וביישומה.^[5]

זיהום נחלים בישראל

מאז הקמת המדינה השפיע הגידול באוכלוסיה ובצרכיה על ניהול משאבי המים, והוביל לשאיבת מי מעיינות ונחלים לצורך המגזר העירוני, התעשייתי והחקלאי. שאיבת המים גרמה לירידה משמעותית בספיקתם של מעיינות ונביעות.

במקביל לצריכת המים , הוזרמו אל הנחלים שפכי תעשייה, שפכים עירוניים ושפכים חקלאיים. מצב זה של זיהום נחלים נמשך עשרות שנים ללא טיפול והוביל לזיהום נחלים בקנה מידה נרחב.

נוסף על הניצול הגובר של משאבי המים, השינויים בשימושי הקרקע, המתאפיינים בהפיכת שטחים טבעיים וחקלאיים לשטחי מגורים, מסחר, תעשייה ותשתיות, גורמים להפחתת חדירות הקרקע למים ולהקטנה במילוי החוזר של מי התהום המזינים את המעיינות והנחלים. בהשפעת גורמים ישירים אלה התייבשו מעיינות ונחלים רבים.

זרימת הנחלים בישראל מתגברת בעונות הגשומות, ועלולה לגרום להצפות של אזורים בקרבת הנחל, מהירות הזרימה תלויה ברוחב הערוץ, והיא גוברת ככל שאספקת המים גוברת, וככל ששיפוע הערוץ גדל. מסיבה זו זקוק הנחל לפעולות הסדרה הנדסיות.

בשלהי המאה ה-20 ולתוך המאה ה-21 עלה הביקוש לאתרי פנאי ונופש הכוללים מים זורמים. מגמה זו סייעה לקבלת החלטות ואכיפתן בתחום הפחתת הזיהומים, להקצאת "מים לטבע" ולשיקום סביבת הנחל.^[6]

שיקום נחלים בגישה אקו הידרולוגית

הגישה האקו- הידרולוגית מטמיעה את הסעת הסחף בתכנון הנחל, ומצביעה על חשיבותו הקריטית של שימור זרימה של מלוא חתך הנחל בתכנון הנגר, כ"שסתום ביטחון" למניעת התמוטטות גדות הנחל. המשוואות לתכנון נחל בגישה זו בהכרח מורכבות יותר, אך תואמות את המציאות, ולא מנסות לכפות מצב הנדסי זר לנחל במנותק מהתנהגותו הטבעית, כפי שמנסה לעשות גישת ההסדרה ההנדסית. גישה זו מחייבת ראיה כוללת של אגן הנחל, והגדלה משמעותית של רוחב מסדרון הנחל.

שיקום נחלים על פי הגישה האקו-הידרולוגית מחייב התייחסות בו זמנית לתפקודו האקולוגי וההידרולוגי ניקוזי של הנחל. תכנון השיקום כולל לפיכך מגוון רחב של יעדים לאורך תוואי הזרימה בפרט ובתחום אגן ההיקוות בכלל.

הגישה האקו-הידרולוגית היא במובן מסוים אנטי-תזה לגישה ההנדסית, או המסורתית, של "הסדרת" ערוצי נחלים. על פי הגישה ההנדסית יש לשפר את כושר ההולכה של האפיק באמצעים מכאניים עד כדי מניעת הצפות לאירוע תכן נבחר. אין בגישה ההנדסית התייחסות למגוון התפקידים האקולוגיים שהנחל ממלא ובמקרים רבים היא מחייבת אף את ייצוב של גדות הנחל באמצעות אלמנטים הנדסיים קשיחים. ייצוב כזה מונע לאורך זמן אפשרות של שיקום המערכת האקולוגית לאורך הנחל באופן טבעי.

שיקום נחלים על פי הגישה האקו-הידרולוגית, להבדיל מהסדרת נחלים, מיועד בראש ובראשונה לייצב את מאזן הסחף לאורך האפיק. מאזן מיוצב פירושו שלאורך זמן כמות הסחף הנכנסת לקטע המשוקם שווה בקירוב לכמות הסחף היוצאת מאותו הקטע. במילים אחרות, אין הצטברות או גריעה משמעותית של קרקע בתחום פרוזדור הנחל. על פי הגדרה זו הגיאומטריה והתנוחה של האפיק עשויה להשתנות קלות לאורך זמן במסגרת התאמה לשינויים מחזוריים במשטר הזרימה. הגישה האקו הידרולוגית מציעה לאפשר התפתחות צמחיה טבעית לאורך האפיק, כולל שיחים ועצים, ולפצות על תוספת החיכוך באמצעות הרחבת חתך הזרימה.^[7]

לקריאה נוספת

https://ecowiki.org.il/wiki/%D7%96%D7%99%D7%94%D7%95%D7%9D_%D7%9E%D7%99%D7%9D

http://www.dmag.co.il/pub/shinar/we/106/files/assets/common/downloads/publication.pdf

http://www.magazine.isees.org.il/ArticlePage.aspx?ArticleId=589

http://www.dmag.co.il/pub/shinar/WE/111/index.html#44/z

http://www.teva.org.il/_uploads/dbsattachedfiles/nachalsorek_distribution.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Ecohydrology

iw&sa=X&ved=0ahUKEwi3qrTLuNraAhVSsKQKHVg2ADMQ6AEIcDAI#v=onepage&q=כמישה&f=false

מקורות

^ Zalewski M.,Janauer G.A.,Jolankai G.,, Ecohydrology. A new paradigm for the sustainable use of aquatic resources, 1997. UNESCO IHP Technical Document in Hydrology No. 7.; IHP - V Projects 2.3/2.4, UNESCO Paris, 60 pp.
^ Zalewski, M., Guidelines for the Integrated Management of the Watershed, Phytotechnology & Ecohydrology
^ Stocker, O, Das Wasserdefizit von Gefässpflanzen in verschiedenen Klimazonen, Planta. 7: 382–387
^ Henckel, P.A., Physiology of plants under drought, Annu. Rev. Plant Physiol. 15: 363–386.
^ .אוזן א.,, שיקום ושימור הנחלים ובתי הגידול הלחים בישראל -מדיניות רשות הטבע והגנים, היבטים אקולוגיים בנושא נחלים, בתי גידול לחים והקצאות מים לטבע, פרסומי חטיבת המדע, רט"ג
^ אסף סוקניק, אורית סקוטלסקי, זכות הטבע למים, אקולוגיה וסביבה
^ בחינה אקו הדרולוגית של נחל שורק וסביבותיו, החברה להגנת הטבע, 2011

[1] Zalewski M.,Janauer G.A.,Jolankai G.,, Ecohydrology. A new paradigm for the sustainable use of aquatic resources, 1997. UNESCO IHP Technical Document in Hydrology No. 7.; IHP - V Projects 2.3/2.4, UNESCO Paris, 60 pp.

[2] Zalewski, M., Guidelines for the Integrated Management of the Watershed, Phytotechnology & Ecohydrology

[3] Stocker, O, Das Wasserdefizit von Gefässpflanzen in verschiedenen Klimazonen, Planta. 7: 382–387

[4] Henckel, P.A., Physiology of plants under drought, Annu. Rev. Plant Physiol. 15: 363–386.

[5] .אוזן א.,, שיקום ושימור הנחלים ובתי הגידול הלחים בישראל -מדיניות רשות הטבע והגנים, היבטים אקולוגיים בנושא נחלים, בתי גידול לחים והקצאות מים לטבע, פרסומי חטיבת המדע, רט"ג

[6] אסף סוקניק, אורית סקוטלסקי, זכות הטבע למים, אקולוגיה וסביבה

[7] בחינה אקו הדרולוגית של נחל שורק וסביבותיו, החברה להגנת הטבע, 2011

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]