Rainwater harvesting for domestic uses in two Palestinian rural areas with emphasis on quality and quantity

Dissertant

Abd al-Hamid, Mahmud

Thesis advisor

Mahmud, Nidal

Comitee Members

al-Said, Rashid Muhammad Yasir
al-Mimi, Ziyad

University

Birzeit University

Faculty

Institute of Environmental and Water Studies

University Country

Palestine (West Bank)

Degree

Master

Degree Date

2008

Arabic Abstract

إن أنظمة تجميع مياه المطر أصبح حلا مناسبا للحد من مشكلة شح المياه في فلسطين خصوصا في المناطق الريفية التي لا يوجد بها شبكات لتوزيع المياه أو أن المياه المزودة لتلك المناطق غير كافية.

جودة آبار جمع مياه المطر لاستخدامها كمصدر للاستهلاك المنزلي في منطقة الوسط في الضفة الغربية و العوامل البيئية المؤثرة فيها قيمت خلال فترة الدراسة (بين شهر تشرين ثاني من العام 2005 إلى شهر نيسان من العام 2006 ).

أجريت الدراسة في قرى كوبر و أبو اشخيدم في محافظة رام الله.

تم تقييم جودة المياه في 7 آبار بينما تم حساب معامل الجريان((R ل 5 آبار لتحديد كمية مياه المطر المتجمعة.

72 عينة أخذت من آبار تم إنشاؤها باستخدام الباطون المسلح أو آبار صخرية حيث يتراوح سعتها من 48 إلى 114 متر مكعب و زودت من خلال أسطح تجميع تتراوح مساحتها من 111 إلى 370 متر مربع حيث جمعت و فحصت هذه العينات على فترات مختلفة.

لتقييم جودة مياه المطر تم إجراء عدة فحوصات مخبرية : فيزيائية مثل درجة الحموضة و نسبة الأكسجين المذاب في الماء و درجة حرارة المياه المتجمعة و الموصلية الكهربائية و العكرة و درجة الملوحة.

أما الفحوصات الكيماوية شملت : عسرة المياه و أيونات الكالسيوم و الصوديوم و الكلور و النيترات بالإضافة إلى تركيز بعض المعادن الثقيلة مثل الرصاص و الكروم و الزنك.

كما شملت الدراسة فحوصات بيولوجية و هي فحوصات لكشف جراثيم من طائفة القولونيات (كوليفورم) و يتضح من نتائج الدراسة أن الخواص الفيزيائية تطابق في معظمها المواصفات الفلسطينية (PS41) و مواصفات منظمة الصحة العالمية (WHO).

حيث لوحظ أن درجة الحموضة (pH) للمياه المتجمعة كانت قاعدية (أكبر من 8) و ذلك بسبب الغبار الناجم من طبيعة التربة القاعدية و نوعية الصخور في منطقة الدراسة و التي بشكل أساسي شكلت من الصخور الكلسية (lime & delomite).

كما بينت النتائج أن تركيز المواد الصلبة المذابة (TDS) في المياه المتجمعة قليلة و لا تتعدى 68 ملغم / لتر.

أما خاصية العكرة فانه لوحظ تغير واضح من خلال اختلاف نتائج الفحص لنفس البئر على عدة فترات و السبب في ذلك يعود إلى طبيعة المطرة نفسها في ذلك اليوم بسبب أحوال الطقس حيث سجلت في معظم الآبار بقيمة أكبر من 5 وحدات (5 (NTU.

بالنسبة إلى تركيز الأكسجين المذاب (DO) فقد كانت جميع الآبار هوائية بقيم فاقت 6 ملغم / لتر.

أشارت النتائج أيضا أن تركيز النيترات كان مختلف من بئر لآخر و ذلك يعود لعدة أسباب مثل حالة أسطح التجميع لتلك الآبار و كذلك بعد الحفر الامتصاصية و منسوبها عن الآبار خصوصا تلك التي لا تبعد أكثر من 10 م من الحفر الامتصاصية حيث لوحظ أن تركيز النيترات فيها أكثر نسبيا من غيرها و ذلك ربما لتسرب الأمونيوم لها.

و بينت النتائج أن جميع آبار التجميع غير ملوثة بالمعادن الثقيلة مثل الرصاص و الكروم و الزنك.

لكن أظهرت النتائج أن الخواص البيولوجية و بالتحديد فحص لكشف جراثيم من طائفة القولونيات (كوليفورم) أنها لا تطابق المواصفات المشار إليها في آبار التجميع حيث لوحظ أن 100 % من العينات المفحوصة احتوت على (الكوليفورم الكلي) بينما 86 % على (الكوليفورم الغائطي) و لكن تطابقت معها في العينات المفحوصة و التي أخذت من الجو مباشرة قبل وصولها إلى البئر حيث لم يشاهد أي من هذه الطائفة من الجراثيم.

لذا من المهم قبل استخدام مياه المطر كمصدر منزلي يجب أن يتم تطهيره من خلال وزارة الصحة أو أي جهة معتمدة ذات صلة لتجنب أي تفاعلات كيماوية مسرطنة قد تنجم من عملية المعالجة بالتطهير بدون فحص كامل لبئر التجميع و المحافظة دائما على نظافة البئر.

كما بينت الدراسة أن معامل الجريان (R) كعامل مهم لاحتساب كمية مياه المطر الممكن تجميعها يتراوح ما بين 0.7 و 0.9 و ذلك بالنسبة إلى الأسطح الإسمنتية و التي تعتبر أسطح التجميع الشائعة في فلسطين.

English Abstract

Rainwater harvesting becomes an appropriate solution to minimize the water shortage in Palestine, especially in rural areas where water networks are not available or supplied water is inadequate.

The quality of roof-top harvested rainwater which is used for domestic and drinking purposes in the middle area of the West Bank and the factors affecting it were assessed through wet season surveillance (from Nov., 2005 to April, 2006).

The study conducted in Kubar and Abu Shekheidim villages in Ramallah district.

The quality of harvested rainwater was assessed for 7 cisterns.

The quantity of harvested rainwater and run-off coefficient were determined for 5 cisterns.

72 rainwater samples were collected from ferroconcrete and rock with cement lining storage cisterns (48–114 m3 capacity) tested in terms of physical, chemical and biological characteristics.

To assess the quality of rainwater (fresh and harvested), the following parameters were measured : a) Physical parameters : pH, Dissolved Oxygen (DO), Temperature (T), Electrical Conductivity (EC), Turbidity and Salinity.

b) Chemical parameters : Total Hardness as (CaCO3), Calcium (Ca++), Sodium (Na+), Chloride (Cl-), nitrate (NO3-) as well as the heavy metals : lead (Pb), Chromium (Cr) and Zinc (Zn).

C) Biological parameters : Fecal Coliforms (FC) and Total Coliforms (TC).

Lab results on harvested and fresh rainwater samples showed that the samples were alkaline with pH values above 8.

This is postulated to the alkaline dust from soil and rock type in this area which is mainly lime and dolomite.

Also, the results showed that rainwater have very low concentration of TDS of less than 68 mg / l for fresh water samples and below136 mg / l for harvested ones.

The turbidity had varied remarkably for the same cistern over time.

Some samples had turbidity above 10 NTU while its values went down after storage then raised again due to the nature of rainfall based on atmospheric conditions; Turbidity test showed that fresh and harvested rainwater mostly did not comply with the Palestinian standards and WHO guidelines (exceeds 5 NTU) due to debris from badly managed rooftops.

Also most harvested rainwater samples were found aerobic with DO values range above 6 mg / l while fresh water was more aerobic with DO more than 8.5 mg / l.

Total and fecal coliforms were absent in fresh rainwater but its detected respectively in 100 % and 86 % of the tested harvested rainwater samples; so that the pollution came after storage due to bad management of the whole system and / or from leakage from nearest cesspits.

Samples of harvested rainwater showed low concentration of ions as Ca++, Na+, Cl- and total hardness while the results showed the NO3 concentration varied from cistern to another.

This is might be due to several factors like the status of rooftop and the distance from cesspits.

In the cisterns which are closer than 10 m from cesspits, the NO3 concentration was rather high probably due to ammonium leakage from these cesspits.

Also, the results showed harvested rainwater is not contaminated with heavy metals like Cr, Zn and Pb as the measured values fell within the PS41 and WHO guidelines. The Run-Off Coefficient (R) as an important design parameter was calculated based on the analysis of rainfall data and technical aspects for these systems.

Results revealed that this coefficient is extending from 0.70 to 0.90 for Ferro-concrete catchments which considered the most common type of catchments in Palestine.

This study also highlights the uses of rainwater harvesting systems for providing an additional domestic water source from which to meet local water needs.

To use rain water harvesting as a domestic source; systems must be well managed and disinfection should be applied into the cisterns but under direction of Ministry of Health or related institutions in order to avoid by-products formation.

Main Subjects

Earth Sciences, Water and Environment

Topics

• Palestine
• Rainwater

No. of Pages

86

Table of Contents

• APA
• MLA
• AMA

Language

English

Data Type

Arab Theses

Record ID

BIM-302712