بئر 'water well هوثقب أوممر (حفرة أسطوانيّة) غالباً ماقد يكون عمودياً، يُحفر في الأرض عبر الصخور لاستخراج المياه الجوفية أوالبترول أوالغاز، من باطن الأرض إلى السطح، بقطر مناسب وعمق كبير.

نظرة تاريخية

يرجع اكتشاف الآبار إلى أيام المصريين القدامى، وقد اشتهروا بطريقة الحفر اللولبي للآبار، التي تطورت فيما بعد، واستخدمت في الصناعات المعدنية وحفر آبار المياه والبترول والغاز. وتميّزت بلاد الشام وما بين النهرين بالآبار المحفورة يدوياً ذات الأعماق السطحية (القليلة نسبياً)، إذ استخدمت في سد الحاجات المنزلية، وكانت تُغلف بوساطة الأخشاب أوالصخور أوالمعادن. كما اشتهرت بلاد فارس بالآبار النفقيّة التي انتشرت في مناطق آسيا وإفريقيا وجنوب أُوربا، وتُعد أُولى الدول التي عثر فيها هذا النوع قبل ثلاثة آلاف عام. وفي الولايات المتحدة الأمريكية وبريطانيا ظهرت الآبار الأفقيّة وانتشرت في عدة مناطق.

أنواع آبار المياه

تُصنف الآبار بحسب الغرض من حفرها إلى ما يأتي:

1- الآبار الاستكشافيّة: تُحفر من أجل التحري عن المياه الجوفية أوالبترول.

2- الآبار الإنتاجيّة: تُحفر من أجل استثمار المياه الجوفية أوالبترول.

3- آبار المراقبة: تُحفر من أجل مراقبة تذبذبات مستوى السائل، وتُستعمل لإجراء تجارب الضخ.

4- آبار التطعيم الاصطناعي: تُحفر بغرض تغذية المياه الجوفية صناعياً.

حفر الآبار

طرق حفر الآبار

(الشكل-2) طريقة الحفر بالدق

(الشكل-3) طريقة الحفر الدوراني

تُحفر الآبار السطحية عادةً يدوياً بالأدوات البدائية البسيطة المعروفة، أما إذا كانت عميقة فتُستخدم الطرائق الآتية:

1- طريقة الحفر بالدق: تُحفر الآبار بهذه الطريقة بالإسقاط المتكرر لريشة حفر ثقيلة بشكل إزميل إلى أسفل البئر، لتحطيم الصخور المتماسكة والحصى والتراب والرمال. ويُحفر بشكل متبتر وعلى مراحل، لإتاحة الفرصة لتحريك المواد المتكسرة بوساطة صمام الحفر النازح (المنزحة)، ويتغير طول ريشة الحفر من متر واحد طالما الآبار ذات الأقطار الكبيرة إلى بضعة أمتار في حالة الآبار ذات الأقطار الصغيرة، أما المنزحة فتتكون من مبتر أنبوبي يلتصق به صمام عند القعر، يغلق الصمام تحت تأثير ثقل الماء والفتات الصخري اللذين يعلوانه في أثناء حمل المنزحة مما يمنعها من الخروج، ثم تُحمل إلى السطح بعد امتلائها بالمواد الصخرية، وتفريغها. وتراوح أطوالها ما بين 3-9 أمتار تقريباً، وذات أقطار مختلفة الأبعاد، وسعتها ما بين 0.07-3.4 م3 تقريباً، ويُدور سلك الحفر ليتمكن الدقاق من تكوين حفرة مستديرة، ويجب حتى يضرب الدقاق قاع البئر باستمرار. ويُضاف الماء إلى البئر لتبريد ريشة الحفر وتخفيف الاحتكاك، ويشكل مع بتر المواد المحطمة عجينة تُستخرج من البئر جميع 121-152 سنتيمتراً، وتعتمد سرعة الحفر على نوع الصخر ووزن وقطر ريشة الحفر وعدد الضربات أوالدقات بالثانية وأيضاً الخبرة العملية. تُعد تكاليف الحفر بالدق رخيصةً مقارنةً بتكاليف الحفر الدوراني إلا أنها بحاجة إلى وقت أطول (الشكل-2).

2- طريقة الحفر الدوراني: تختلف هذه الطريقة عن طريقة الحفر بالدق اختلافاً كلياً، فالثقّاب مثبت مع قضيب الحفر الذي يدور باستمرار، وتغذى حركته الدورانية المستمرة من محرك وتجهيزات خاصة، موضوعة بالقرب من فوهة البئر من الأعلى، وقد صُنع الثقاب بشكل يلائم نوع العمل، فهويأخذ شكل ذيل السمكة للاستخدام في تربة قليلة القساوة، أما في الأحجار والصخور القاسية، فيأخذ الثقاب أشكالاً مختلفةً، وكثيراً ماقد يكون الثقاب مُجهزاً برؤوس ماسية. أما قضيب الحفر المثبت به الثقاب من الأسفل فهوأنبوب سميك الجدران، يصل إلىعشرة أمتار عمقاً، ويُسمى أيضاً قضيب الثقل، ووظيفته زيادة الضغط على الثقاب في أثناء الحفر بوساطة الحركة الدورانية والمحافظة على خط الحفر، وعدم الانحراف عن الطريق الشاقولي. وتتألف تجهيزات الحفر الدوراني من ثلاثة أقسام رئيسية:

أ ـ أجهزة الحفر مع المحرك.

ب ـ المضخات التي تعمل على ضخ السائل الذي يحمل فُتات الصخر، ويُسمى سائل الحفر (المُعلق).

ت ـ برج الحفر المُزود برافعة من أجل حمل قضيب الحفر.

تُنقل الحركة بوساطة عمود يُسمى العمود الآخذ، وهومضلع، ويثبت في النهاية العلوية بقضيب الحفر ويمر من وسط رحى الدوران، التي تتألف بدورها من صفيحة معدنية مُسندة إلى سطحية الحفر، وتنقل الحركة الدورانية إليها من المحرك، إذ تدور الرحى ويدور معها العمود الآخذ، ومن ثمَّ قضيب الحفر، فتصل الحركة إلى الثقّاب المُثبت في نهاية قضيب الحفر. يمر العمود الآخذ عبر الرحى تدريجياً إلى حتى يبلغ عمق الحفر طول القضيب الآخذ، ثم يُفصل العمود الآخذ عن قضيب الحفر ويُوضع بينهما أنبوب آخر إلى غير ذلك. ويُخرَج الفُتات الناتج عن الحفر، بعد حمل لزوجته بإضافة الماء الطيني إليه. يُضخ هذا المُعلق باستمرار عبر أنبوب الحفر ويُخرج من فتحة مناسبة في الثقاب تحت ضغط مرتفع ليحمل معه فُتات الحفر وبعد حتى يخرج المُعلق حاملاً معه فُتات الحفر إلى الأعلى، يُهجر سائل الغسل حتى يُرقد في حفرةٍ مُناسبة ثم يُعاد استعماله مرة ثانية،تقتصر وظيفة المُعلق على إبعاد فُتات الحفر بل يُبرد الثقاب ويُزيت أنبوب الحفر. عند الوصول إلى عمقٍ معينٍ 5-30 متراً، يُغلف ثقب الحفر من الداخل بوساطة أنابيب فولاذية، ويُثبت مع جدران ثقب الحفر بالإسمنت (الشكل -3).

3- طريقة الحفر الدوراني العكسي: تُشبه طريقة الحفر الدوراني العكسي طريقة الحفر الدوراني العادي، غير حتى دورة سائل الحفر تكون بالاتجاه المُعاكس، أي إذا الضخ يتوجه للأسفل من خلال الفراغ بين أنبوب الحفر وجدار البئر، ويرتفع باتجاه الأعلى من خلال ريشة وأنبوب الحفر.وهذه الطريقة قادرة على حفر آبار ذات أقطار تصل إلى 122 سنتيمتراً في التكوينات غير المتماسكة.

4- طريقة الحفر الدوراني الهوائي: تُشبه طريقة الحفر الدوراني العادي، ولكن يتكون سائل الحفر من هواءٍ جافٍ ورذاذٍ مائي ورغوةٍ وطينٍ هوائي أوسوائل أخرى أخف من الماء. ويجب حتى تكون سرعة الدوران في الهواء الجاف عاليةً وكفاية، للحصول على سرعات باتجاه الأعلى10 ـ30 متراً/بالثانية، في الفراغ الحلقي بين أنبوب الحفر وجدار البئر لحمل الفُتات الصخري. وأهم مسببات استعمال الهواء أوسائل الحفر الخفيف هوزيادة سرعة الحفر. وتُستعمل هذه الطريقة في الصخور المُحطمة، ويُستعمل سائل حفر ذونوعٍ رغوي مع الهواء عند تدفق المياه الجوفية من البئر، وتُفصل الرغوة الصلبة في أثناء الحفر في الطبقات غير المُتماسكة.

5- طريقة الحفر الدوراني - الدقّاق: وهي كيفية تجمع بين الطريقتين: الحفر بالدق والدوراني. يُعطي المثقب حركةً تردديّة بسعةٍ وذبذبةٍ مُعينتين بوساطة هزازاتٍ أومطارقٍ هزازةٍ مُركبة على السطح، أوبوساطة مُحركاتٍ قاعيةٍ موضوعة فوق المثقب. وعند حفر الآبار العميقة يعطي المثقب من السطح وعليه، بينما تنتج الحركة الترددية للمثقب بوساطة مُحركات قاعٍ هدروليكية أوهوائية أوبوساطة توربينات هزازة. ومن أوسع هذه الوسائل انتشاراً التوربينات الهدروليكيّة الهزازة ذات الصمام، لما تبديه من كفاءةٍ مميزةٍ في عمل المثقب عند حفر الصخور الصلبة وشديدة الصلابة.

إكمال الآبار وتجهيزها

يتمثل إكمال البئر وتجهيزها، بتهيئتها بعد انتهاء عملية الحفر لاستقبال المياه الجوفية وتأمين دخولها بأقل مقاومة ممكنة داخل التغليف وحوله، وتغليف البئر بمواسير التغليف المصنوعة من الحديد غير المصقول أومن الفولاذ أومن سبائكه أومن النحاس، وذلك للأسباب الآتية:

1 ـ منع انهيار الحفر.

2 ـ تجنب دخول الماء غير المرغوب إلى داخل البئر.

3 ـ منع تسرب الماء النظيف من البئر إلى التربة السطحية.

4 ـ تجنب اختلاط التربة من جوانب البئر مع الماء.

تطوير الآبار

يهدف تطوير الآبار إلى زيادة سعتها النوعية وحمل كفاءتها وإطالة عمرها. وتتم هذه العملية بعد الانتهاء من حفرها وإكمالها، وتُعد الفترة النهائية من مراحل تجهيز الآبار للضخ، وتُساعد على إزالة الرمال والمواد الناعمة من المياه المُحيطة بالمصافي ومقاطع التغليف المُثقبة والقضاء على الجراثيم (البكتريا) والكائنات الحية الدقيقة الأخرى في البئر.

صيانة الآبار وترميمها

إن آبار المياه الجوفية التي تُغلَف وتُطوَّر على أسسٍ فهميةٍ سليمةٍ، كاختبار المصافي ومواسير التغليف وغيرها، تُعطي كمياتٍ ضئيلةٍ من المياه مع مرور الزمن وتقل كفاءتها،وتُعزى معضلة تراجع كميات المياه إلى الأسباب الآتية:

ـ انخفاض مستوى المياه الجوفية.

ـ تآكل المضخة وتلفها وانسداد أجزائها.

ـ تآكل المصافي ومواسير التغليف المُثقبة وتلفها وانسدادها بمخلفات التآكل والكائنات الدقيقة.

ـ انسداد المصافي وثقوب مواسير التغليف بالطين والرمال والأتربة والمواد الناعمة.

طرائق إصلاح الآبار ومُعالجتها

تكون مُعالجة الآبار وإصلاحها بالطريقتين الآتيتين:

ـ الطريقة الميكانيكية: تعتمد هذه الطريقة على سحب المصافي ومواسير التغليف من البئر وتنظيفها أواستبدالها، ثم إعادتها إلى البئر.

ـ الطريقة الكيمياوية: وهي عملية مُعالجة المصافي ومواسير التغليف وأجزاء المضخة المسدودة باستعمال الحموض والمواد الكيمياوية الأخرى من دون إخراجها من البئر.

استخدامات حفر الآبار

يُستخدم حفر الآبار إضافةً لاستخراج المياه والبترول والغاز في عدد من جوانب الحياة:

1- في استخراج الفحم والتعدين: تُحفر الآبار للأغراض الآتية:

ـ البحث عن الثروات المعدنية الصلبة واستكشافها.

ـ تهوية المناجم وتصريف المياه وتدعيم الممرات المنجمية.

ـ إطفاء الحرائق في باطن الأرض.

ـ أعمال التفجير لاستخراج الثروات المعدنية على سطح أوباطن الأرض.

2- في الصناعات الكيمياوية: تُحفر الآبار لاستخراج المياه المعدنية الحاوية على نسب عالية من الأملاح المُختلفة كالبروم واليود والمواد الكيمياوية الأخرى.

3- في مجال الإنشاءات الصناعية والمدنية: تُحفر الآبار عند مواقع الطرق الرئيسية والسكك الحديدية، وفي المواقع المُقترحة لإنشاء السدود والجسور والمصانع والمنازل.

4- في مجال الطب والعلاج: تُحفر آبار مياه معدنية علاجية (المياه الكبريتية).

Driven wells

التصنيف

تحديد مسقط البئر

تلوث اآبار

الكائنات الدقيقة

المواد الكيميائية

تجنبها

تعقيم الآبار

وهي الفترة التي تلي تجهيز الآبار للضخ، وتهدف إلى اغتال الجراثيم والفيروسات التي من الممكن دخلت إلى البئر في أثناء الحفر أوالتغليف أوفي أثناء وضع المصافي، ويمكن دخول الكائنات الحيّة المجهرية من سطح الأرض إلى البئر بوساطة اليد البشرية أوبوساطة الحيوانات أونتيجة تسرب المياه السطحية المُلوثة والمواد الأخرى إلى البئر.

المشاكل البيئية

ملوحة التربة

الميثان

التكنولوجيات القديمة للآبار

المراجع الثقافية

ملاحظات

انظر أيضاً

• Baptist well drilling
• Drainage by wells

المصادر

• Driscoll, F. (1986). Groundwater and Wells. St. Paul, MN: Johnson Filtration Systems, second edition. ISBN 978-0961645601
• [1]
• عدنان يوسف عبود. "بئر". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Water wells.

• Wellowner.org
• U.S. Centers for Disease Control and Prevention (CDC) Healthy Water - Water Wells Site covering well basics, guidelines for proper siting and location of wells to avoid contamination, well testing, diseases related to wells, emergency well treatment and other topics.
• US Geological Survey – Ground water: Wells
• US Geological Survey – Water Science Pictures Flowing Artesian Well
• American Ground Water Trust
• National Ground Water Association
• Lifewater International Technical Library
• The Internet Sacred Texts Archive: The Folklore of Wells (Wales)
• Driving a well with a well point
• Well Construction Technical Resources for NGOs
• The Techniques and Tools of the Kazusabori (上総掘り) Well-boring
• Restoring a Flooded Well to Service, G. Morgan Powell, Kansas State University, June 2006
• Equations for drainage by wells: [2]
• Software for drainage by wells: [3]