כשלים של מאגרי מים בישראל ודרכים למניעתם בעתיד

הכשל החמור של פריצת מאגר רותם אמפרט שהביא לזרימת מים חומצתיים אל נחל אשלים, הציף את הצורך בבחינה ובדיון ציבורי על בטיחות מאגרים. במאמר ראשון בסדרה סוקר צבי רבהון את הרקע ההיסטורי להקמת מאגרים בישראל ואת הכשלים העיקריים הגורמים לפריצתם

מאגר נחל עוז הזרימה מערבה לאחר מעבר גל הגאות בצידי האפיק ניכרים סימני רוחב זרימת שיא הגאות  |  צילום: יעל קרפ

פריצת סוללה של מאגר מפעל רותם אמפרט במעלה אגן ההתנקזות של נחל אשלים וזרימה של מים חומצתיים אל הנחל שגרמה לאסון אקולוגי, הביאה להתעניינות ציבורית בסיכוני פריצה של סוללות מאגרי מים בישראל.
במפעל רותם מדובר אמנם במאגר שיקוע ומִיחזור של חומצות שהוא שונה מאד, כמעט מכל בחינה, ממאות רבות של מאגרי מים הפזורים ברחבי ישראל. אבל, כשל חמור כל כך מציף את הצורך בבחינה ובדיון ציבורי על בטיחות מאגרים.

רקע היסטורי קצר על בניית מאגרי מים בישראל

בשנותיה הראשונות של המדינה נבנו על ידה באמצעות חברת מקורות מעט מאגרים גדולים כמו: אגם כפר ברוך, מאגר שיקמה, מאגר איילון ומאגרי המוביל הארצי.
החל מסוף שנות ה-60 הוקמו ע"י קיבוצים ומושבים בעמק יזרעאל מאגרי צד1 קטנים ונמוכים לתפיסת מי שיטפונות. המאגרים נבנו מקרקע חרסיתית מקומית שחלחול המים דרכה נמוך מאד (מוליכות הידראולית נמוכה).
עם השנים המאגרים גדלו בנפחם ובגובה סוללותיהם, והתפשטו לכל חלקי המדינה על מגוון קרקעותיה.
ראויים לציין גל של בניית מאגרים בשנות ה-80 בקרקעות החרסיתיות של שפלת יהודה ומהלך אזורי של בניית מאגרי גיא2 גדולים בקרקע הבזלתית של רמת הגולן.
במקביל, ייעודם העיקרי הוסב מתפיסת מי גאויות לאיגום תפעולי של קולחים במחזור מילוי שנתי.
היציאה מהגרומוסולים העמוקים שבעמקים ובשפלת יהודה לקרקעות אחרות, קלות וחדירות יותר למים, הביאה לשימוש ביריעות (ממברנות) פלסטיות לחסימת החלחול ולמניעת אובדני מים. ברבות השנים איטום ביריעות פלסטיות חשופות מסוג .H.D.P.E בעובי 1.5 מ"מ התקבל כמינימום הנדרש לאיטום מאגרי קולחים בכל מקום.
תכניות המאגרים נבחנו עד לאחרונה בוועדת שיפוט הנדסית שהוקמה במשרד החקלאות. אישור הוועדה היה בעבר תנאי לקבלת תמיכה (מימון) מהמדינה. בהמשך, אישור הוועדה התבקש כתנאי לאישור התכנית ע"י רשויות המדינה. בהקשרים ההנדסיים הוועדה התמקדה בעיקר בשני אספקטים: יציבות הסוללה (בטיחות מאגרים) ואיבודי מים (תפעול וכלכלה). עד היום נבנו בישראל כ- 600 מאגרים, רובם ככולם מאגרי צד. הוקמו רק כמה עשרות מאגרי גיא רובם ברמת הגולן.

תכניות המאגרים נבחנו עד לאחרונה בוועדת שיפוט הנדסית שהוקמה במשרד החקלאות. אישור הוועדה התבקש כתנאי לאישור התכנית ע"י רשויות המדינה

מאפיינים הנדסיים ייחודיים של סכר עפר

מתכנן מאגרים בישראל הוא בעיקר קונסטרוקטור של מבנה עפר. בשונה מקונסטרוקציה רגילה המוקמת מחומרי בניה תעשייתיים (בטון, פלדה וכד') שהם אחידים, בקירוב, בתכונותיהם, עפר הוא חומר טבעי עם שונות גדולה מאד בתכונות המכניות שלו. חדירות של מים בקרקע, למשל, משתנה בשישה עד שבעה סדרי גודל בין קרקעות שונות. בהרבה אזורים בישראל קיימת שונות משמעותית בתכונות הקרקע, אף בתחום תא שטח קטן יחסית של אתר מאגר אחד.
גורם נוסף שעושה את תכנון סכר מאגר למורכב הוא המפגש בין המים למבנה העפר. סוללות עפר, בפני עצמן, כמו אלו שבנויות במחלפים של כבישים "פטורות" מתמודדות עם זרימה של מים דרכן, תהליך שלהתרחשותו יש השפעה דרמטית על החוזק של חומר העפר הבונה סכר של מאגר.

הפרצה של מאגר אמפרט | צילום: איתי פרימן

כשלים עיקריים הגורמים לפריצת סכרים

גלישת מים מעל לקדקוד הסוללה - (.Overtopping (O.T. סכרי עפר לא עמידים בפני זרימה שעוברת מעליהם וגורמת לאירוזיה חריפה מאד, תחילה במדרון החיצוני ובתוך זמן קצר לפריצה שחוצה את כל הסכר.
הרס של מגלש החירום - Spillway. בישראל מגלשים כאלה מועטים מאד. ברוב המאגרים מותקן צינור עודפים. תכנון חסר או סתימה של צינור עודפים עלול לגרום לפריצת סכר במנגנון של overtopping.
גלישת המדרון החיצוני של הסכר - Landslide. כוחות החיכוך וההִדבקות שבין חלקיקי העפר נותנים למדרון העפר את החוזק כנגד גלישה. מיתון שיפוע המדרון מגביר את חוזקו כנגד גלישה והתפתחות של לחצי מים בתוך מבנה הסכר גורמת להחלשתו. כמו כן, רעידות אדמה – מחזורי תזוזות ותאוצות אופקיות של סכר העפר - מחלישות אותו כנגד גלישה של המדרונות.
מיחתור – Piping. זה תהליך של אירוזיה פנימית. זרימת מים שמתפתחת בתוך גוף הסכר עלולה לגרום בתחילה לניתוק וגריפה של חלקיקי קרקע זעירים, בהמשך ליצירת מחילה שמתקדמת כלפי הצד הפנימי ולבסוף לפִרצה שחוצה את הסכר או את השתית3 שלו (זה מנגנון ההרס ברקע לסיפור המיתולוגי על הילד ההולנדי שמנע באצבעו אסון פריצה של סכר שאיים להציף את כפרו).

תובנות מכשלים של מאגרים / סכרים בעולם

מסקירה מקיפה של רשימת כשלי מאגרים בארה"ב במאה השנים האחרונות שהוכנה ע"י DSOAS (Association of State Dam Safety Officials) מתקבלות המסקנות הבאות:

  1. מרבית האסונות - פריצות המאגרים שהביאו לפגיעות בנפש ולנזקי רכוש אדירים נגרמו מ- overtopping או מהרס של ה- spillway (לרוב כתוצאה מספיקת גלישה שחרגה מספיקת התכן של המבנה).
  2. כשלים כתוצאה מ-piping ומ- landslide מעטים יחסית ופוחתים עם השנים.
  3. להוציא את אסון הוריקן קטרינה בניו אורלינס שנגרם מ- overtopping מספר הקורבנות בנפש כתוצאה מכשל סכרים וסוללות פחת מאד בעשורים האחרונים.
  4. בשנים האחרונות נפרצו בארה"ב סוללות של כמה מאגרי אנרגיה שאובה (כמו המאגרים שמוקמים בגלבוע ובכוכב הירדן). מאגרים אלו מתמלאים ומתרוקנים במהירות רבה, במחזור יומי, לפי שעות שפל ושיא של תעריפי תעו"ז. כל הכשלים הללו נגרמו מ- overtopping בגלל שילוב של תקלה בבקרת השאיבה למילוי המאגר או מהיעדר מתקן עודפים שתואם את ספיקת המילוי.

פריצת מאגר אמפרט מבט מבחוץ נוסף | צילום: איתי פרימן

היסטוריה של פריצות מאגרים בישראל

לפי הרישומים שבידינו אירעו בישראל 13 פריצות מלאות של סכרי מאגרים. מחציתם כתוצאה מ- overtopping. המחצית השנייה כתוצאה מ- piping או משילוב של גורמים.
היו כמה אירועים של גלישות במדרון החיצוני (landslide) שלא הסתיימו בפריצת סוללה.
לא אירעו כשלי פריצה כתוצאה מ- piping במאגרים הבנויים מחרסית.
האירוע האחרון של פריצת המאגר במישור רותם לא נכלל ברשימה. בעת כתיבת שורות אלו הכשל הזה נחקר ע"י המשטרה הירוקה ועדיין לא פורסם עליו דו''ח מוסמך. מכל מקום, לפי סימני מפלס המים ומעדויות של מבקרים שבחנו את האתר, מסתמן שגם כאן הגורם היה overtopping, אולי בעקבות שקיעה מקומית של הסוללה.

צמצום כמעט מוחלט של חדירת מים לסוללה והכנסת רכיבים של ניקוז לתוכה, בעלויות סבירות, הם האתגר הנדסי העיקרי הנוכחי של העוסקים בתכנון סכרי עפר

בכמה מאגרים הסמוכים לנחל הבשור שנבנו מקרקע לס מקומית הופיעו לפני למעלה מעשור סימני זרימות מים שחצו את הסוללות. בשל חשש מתהליכי מחתור, נפח מילוי המאגרים אלו מוגבל מנהלתית לכמחצית מהקיבולת שלהם.
להלן תיאור של ארבע מפריצות המאגרים החמורות לפי סדר התרחשותן:

  1. מאגר מגן: בקיץ 1985, פחות מחודשים לאחר הכנסת מים למאגר בפעם הראשונה, המאגר פרץ דרך מנהרה שנפערה בתחתית הסוללה. הגורמים - כשל יריעת האיטום בחיבור למבנה בטון ותהליכי מחתור בקרקע הנתרנית.
  2. מאגר מרום גולן: נפח - 4 מלמ"ק. בחורף 1992, פריצה כתוצאה מגלישת מים מעל הסוללה (overtopping). הגורם לתקלה - הגבהה לא מאוזנת של הסוללה ביחס לרום מברץ העודפים (spillway). סיבות נוספות: תכנון וביצוע לקויים של תעלת מברץ העודפים והידרולוגיה בחסר.
  3. מאגר אשלים - (אכן באותו נחל אשלים שנפגע מפריצת הסכר האחרונה אך הוא קולט מי גשמים וממוקם במורד הנחל): זה מאגר גיא, בנפח חצי מלמ"ק, שנועד לווסת את הגאויות של נחל אשלים ולהטותן לאפיק אחר. הוא פרץ לאחר סופת גשם קיצונית בחורף 1993 וגרם נזקים כבדים ביותר למפעלי ים המלח. למרבה המזל, או, בסייעתא דשמיא, לא היו באותן דקות בני אדם באזור שנפגע וכך נמנע אסון כבד של פגיעה בחיי אדם. הפרצה נפתחה בקו המגע שבין הסוללה לדופן הגיא, או סמוך לו. הסיבות לכשל: הערכות הידרולוגיות ממעיטות (בשל חוסר מידע הידרולוגי מספק, על האזור המדברי הזה, בעת התכנון), בניית הסוללה מחוואר מקומי וחולשה קונסטרוקטיבית בעיקר בחיבור הסוללה הבנויה למסלע החווארי הקיים.
  4. מאגר נחל עוז: נפח – 3.5 מלמ"ק. פרץ באפריל 2001 לקראת סיום המילוי הראשון של המאגר. הפריצה התרחשה באזור הגובה המרבי של הסוללה, מעל אפיק של ערוץ שהיה נטוע בעבר בעצי אקליפטוס. הזרימה החזקה שפרצה מהמאגר, חשפה גדמי עצים גדולים שהיו מכוסים ולא אותרו לפני בניית המאגר. גורמי הכשל: קרעים בממברנת האיטום (כנראה בהשפעת רוחות מזרחיות חזקות בתחילת החורף כאשר המאגר היה ריק) ותהליכי מחתור בשתית המופרת, עם שרידי העצים, של קרקעית האפיק. הוצעו גם מנגנוני הרס אפשריים אחרים.

מאגר נחל עוז זרימת המים אל הפירצה בשלב מתקדם של התרוקנות המאגר | צילום: יעל קרפ

מסקנות מניתוח הכשלים של מאגרים בישראל

הפריצות, השכיחות מדי, של מאגרים כתוצאה מ- overtopping בישראל ובכל העולם אינן קשורות למבנה סוללות העפר ולאופן ביצוען. התמודדות עם overtopping היא בתחומי ההידרולוגיה במקרים של סכרי גיא ובתפעול ותחזוקה תקינים כולל מעקב אחר שקיעות של קדקוד הסכר בכל סוגי המאגרים. אלו כשלים שניתנים למניעה מוחלטת, בוודאי במאגרי צד הנפוצים בישראל שכניסת המים אליהם היא בשליטה של מפעילי המאגר.

מאגר נחל עוז הפרצה מצד פנים המאגר | צילום: יעל קרפ

הסיכונים לכשלי מחתור מדאיגים ומחייבים התייחסות גיאוטכנית ממוקדת. ההתמודדות עימם קשה ויקרה.
צמצום כמעט מוחלט של חדירת מים לסוללה והכנסת רכיבים של ניקוז לתוך מבנה סוללת עפר, בעלויות שלא יפילו כלכלית את מפעל האיגום, הם האתגר הנדסי העיקרי הנוכחי, בכל העולם, של העוסקים בתכנון סכרי עפר ובקביעת הנחיות וסטנדרטים לתכנונם ולאופן ביצועם.
על כך ארחיב במאמר הבא.


1מאגר צד - מאגר מוקף סוללת עפר ו/או מדרון חפור. נקרא כך כי נהגו לבנות מאגרים כאלה לצד נהרות/נחלים. המים מוזרמים אליהם בתעלת הטיה או בשאיבה מהנהר/נחל.
2מאגר גיא – מאגר הבנוי מסכר שחוסם אפיק של נהר/נחל או שקע של גיא. מלבד הסכר, היקף גוף המים במאגר תחום בטופוגרפיה הטבעית של הגיא, או העמק בסכרים גדולים, עד לרום תחתית מגלש העודפים של המאגר.
3שתית - הקרקע הטבעית מתחת לסוללה הבנויה.

צבי רבהון, מהנדס קרקע ומים, יועץ לרשות המים בתחום מאגרי מים. לפני כן, מילא מגוון תפקידים באגף לשימור קרקע וניקוז שבמשרד החקלאות, בכלל זה ניהול האגף | This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.
הדפסה הורדה

לשאלות ופרטים נוספים

נא מלאו את פרטיכם ונציגינו ייצרו עמכם קשר בהקדם