يقصد بالتساقط كل أنواع الهطلان على سطح الأرض من البخار في الغلاف الجوي (معظم الرطوبة على ارتفاع 8 كيلومترات من سطح الأرض ). وأهم أنواعه النوع السائل المطر ، والرذاذ والنوع الصلب (البرد ، والقطقط¹ ، والثلج )؛ وفي بعض الأحيان يعتبر التكثيف على سطح الأرض تساقطاً غير أن كمياته قليلة الندى: بخار الماء يتكاثف في طبقات الجو الباردة في أثناء الليل ويسقط على الأرض قطرات صغيرة. والصقيع الجليد، وهو الندى يسقط من السماء فيجمد على الأرض). وعليه يتواجد الماء في حالات ثلاث تضم أحوال التجمد المختلفة، وحالة السيولة، والحالة الغازية أو بخار الماء. وتوضح معادلة كليبرون Claypeyron's equation تغير الضغط مع درجة الحرارة لتغير حالة الماء من السيولة إلى الغازية كما في المعادلة الاتية :

حيث :

dp/dt = تغير الضغط مع درجة الحرارة

T= درجة الحرارة المطلقة (كلفن)

L= الحرارة الكامنة لكل مول من تغير حالة الماء

V_f=  الحجم المولاري النهائي لحالتي السيولة والغازية

=V_i الحجم المولاري الابتدائي لحالتي السيولة والغازية.

أما بالنسبة للاتزان في حالة الصلابة والغازية (أو) حالة السيولة والغازية)، لدرجات حرارة أقل كثيراً من درجة الحرارة الحرجة، فإن الحجم المولاري الابتدائي ) للصلب أو السائل يمكن تجاهله بالنسبة للحجم المولاري النهائي ، كما وأن بخار الماء يفترض أن يماثل الغاز المثالي

أنواع التساقط :

 عندما يتم حمل الهواء الملامس لسطح الأرض إلى طبقات الجو العليا (بفعل تيارات الحمل أو غيرها من الطرق) فإنه يتمدد نسبة لانخفاض الضغط مع الارتفاع. وهذا التمدد يكون كاظم الحرارة (لا تضاف للهواء حرارة من مصادر خارجية ولا ُفقد حرارة) على سطح الأرض. غير أن درجة الحرارة تنخفض بسبب الطاقة الحرارية المتحولة إلى شغل أثناء عملية التمدد. وهذا النقصان في درجة الحرارة يدعى البرودة الديناميكية). وتمثل هذه أساس التكثيف ومسئولة بطريقة مباشرة عن كل الأمطار. ويشير هذا إلى وجوب ارتفاع عمود الهواء ليحدث التساقط وهناك التبريد باختلاط الكتل الهوائية. والتبريد بالتلامس والتبريد بالإشعاع . ثم قد تأتى هذه السحب بالأمطار. وعليه يمكن تقسيم التساقط على حسب الحالات التي تقود إلى ارتفاع الهواء وتصاعد البخار إلى: جبلي (ميكانيكي)، وإعصاري (بشقيه الأمامي وغير الأمامي)، وحمل (تقليدي).

1- التساقط الجبلي التساقط الآلي أو التضاريسي): Orographic presentation

يحدث هذا النوع من التساقط بسبب اعتراض حواجز طبغرافية (جبال ومرتفعات طبيعية ) لرياح محملة بالرطوبة ورفعها إلى طبقات عليا ومن ثم تمددها وتبريدها مما ينتج عنه انهمار المطر. وعليه توجد أمطار غزيرة عند سلاسل الجبال العالية على الجهات المقابلة للرياح. أما الأجزاء الأخرى فتقع في ظل المطر وتكون جافة.

كما وقد يرتفع الهواء عند مروره من الماء إلى المنطقة اليابسة دون أن تساعده الجبال، مثلما يحدث في فصل الشتاء أو ليلا عندما تكون اليابسة أبرد من الماء فيرتفع الهواء المحمل بالماء فوق اليابسة وتنتج الأمطار بعاملين أساسيين: انخفاض درجة حرارة الهواء بالتلامس مع اليابسة الباردة إلى أدنى نقطة الندى، وازدياد اضطراب واحتكاك الهواء بسبب زيادة خشونة اليابسة مما يقلل من سرعة الهواء ويزيد من عمق تيار الهواء ليحمله إلى طبقات الجو العليا ليتم تبريده بطرق ديناميكية. ومن العوامل المؤثرة في هذا النوع من التساقط ارتفاعات المنطقة، وميل الأرض، والبعد عن مصادر النداوة والماء.

2- التساقط الإعصاري Cyclonic precipitation: له صلة بالمرور على مناطق منخفضة الحرارة أو الارتفاع، مما ينتج معه رفع كتل الهواء الساخن فوق الكتل الباردة.

ويقوم الإعصار السريع الحركة بالإتيان بأمطار متوسطة في منطقة واسعة، أما الإعصار الثابت فيعمل على الإتيان بأمطار غزيرة في مساحات قليلة. وينقسم هذا النوع من التساقط إلى:

 التساقط الأمامي Frontal: وينتج من صعود الهواء الساخن على جانب محدد من سطح أمامي فوق هواه بارد أعلى منه كثافة في الجانب الآخر من السطح. وإذا سارت الكتل الهوائية بحيث أن الهواء الساخن يزيح الهواء البارد يسمى التساقط تساقط أمامي ساخن Warm front . أما إذا أزاح الهواء البارد الهواء الساخن فيطلق عليه تساقط أمامي بارد

(Cold front)
التساقط غير الأمامي Non-finantal :

أيضاً يسمى التساقط الثابت Stationary front ويظل فيه الهواء الرطب الساخن ساكناً ريثما يلتقي بالهواء البارد المتحرك .

3- تساقط الحمل Convective precipitation أو التساقط التصاعدي التساقط التقليدي precipitation):

بعد تساقط الحمل من أكثر أنواع التساقط حدوثاً في المناطق المدارية، ويقل في مناطق أخرى أثناء الصيف. يتم تسخين سطح الأرض والهواء الملامس لها بصورة غير متساوية في اليوم الحار. ويقود هذا الوضع أرفع الهواء الخفيف الساخن من منطقة لأخرى، ثم يبرد بطرق ديناميكية في طبقات باردة أكثر كثافة. ومن ثم يتمدد هذا الهواء الساخن مسبباً انخفاضاً في الوزن، وفي هذا الأثناء تصعد كميات كبيرة من بخار الماء مما يجعل الهواء الساخن الرطب غير متزن، وينتج هذا الوضع تيارات رأسية، ثم يحدث تبريد ديناميكي يسبب التكثيف والتساقط , وتنتشر زخات المطر في مسافة 10 كيلومترات. وهذا النوع من التساقط موضعي، وتتفاوت شدته من زخات أمطار خفيفة إلى عواصف رعدية مدمرة.

أما عملياً فتوجد الصور المختلفة للتساقط المذكورة آنفاً متداخلة فيما بينها لتكون التساقط الهاطل بالمنطقة. وبين جدول (1) تقدير شدة التساقط من خفيفة، ومتوسطة، وغزيرة.

جدول (1) شدة التساقط

قياس التساقط

التساقط يعتمد قياس التساقط على الارتفاع الرأسي للماء المتجمع في سطح مستو، وذلك عند استمرار تواجد التساقط بمنطقة سقوطه , وتؤثر عدة عوامل في قياس التساقط خاصة الصلب منه، ومن هذه العوامل: نوع مقياس التساقط وأسلوب عمله وموضعه، ودرجة بذل الجهاز والبخر، والرياح، وغيرها من العوامل المؤثرة. تشير البيانات التي يسجلها مقياس التساقط إلى تساقط في نقطة محددة، وتسمى الأمطار بأمطار للقطة، أو أمطار محطة، أو أمطار محلية. يجب حساب الأمطار للمنطقة في المقاييس الهيدرولوجية. ومن أهم مقاييس الأمطار المستخدمة التالي:

1- أجهزة القياس اليدوية Manual gauges : يحسب التساقط في أجهزة القياس اليدوية للمدة الزمنية السابقة (24) ساعة) بقياس مباشر للتساقط المتجمع في المقياس. ويتكون مقياس المطر من إناء نحاسي به أسطوانة نحاسية قطرها في حدود 5 بوصات (12.7 سم) وذات حافة مشطوفه (مسلوبة). تقوم هذه الأسطوانة بتجميع التساقط وتسمح بانسيابه عبر قمع إلى إناء معدني أو زجاجي يسهل تحريكه وتفريغ ما به من ماء في أسطوانة مدرجة  تؤثر الرياح على دقة القياس وقد تسبب أخطاء فيه قد تصل إلى 50% حسب نوع المقياس، وسرعة الرياح والتضاريس. ويمكن تقليل الخطأ بواقي معدني متحرك يوضع مجاوراً لحافة مقياس المطر.

شكل  قياس التساقط

2- أجهزة قياس غير تسجيلية (Non-recording gauges (pluviometers يتكون جهاز قياس المطر اليومي من مستقبل فوق قمع يؤدى إلى مستودع والمستقبل حافة حادة هابطة رأسياً إلى أعلى الخارج، ولابد من وضع المستقبل أفقياً، إذ أن أي ميل على المستوى الأفقي بدرجة واحدة يمكن أن يحدث معه اختلاف في كمية الأمطار المجمعة بحوالي 1% وعادة يستخدم ارتفاع 1.5 متر أعلى سطح الأرض لوضع مقياس المطر، ويقوم هذا الجهاز بقياس مقدار الأمطار الكلية. وفي حالة غياب التسجيل التلقائي للأمطار تؤخذ القراءة يومياً.

3- أجهزة قياس تخزينية Storage gauges :

تستخدم هذه الأجهزة لقياس المطر الكلي الموسمي في مناطق نائية قليلة السكان. ويتكون الجهاز من مستقبل فوق قمع يقود إلى مستودع كبير لحفظ المطر. ويمكن وضع مادة مائعة للتجمد في الجهاز في المناطق الباردة.

4- أجهزة قياس تسجيلية( المقياس العداد) (Recording gauges (Pluviographers:  في هذه الأجهزة تسجل القراءات آليا بمساعدة ساعة وأوزان أو جهاز عائم يقوم بإرسال القراءات إلى رسام بياني ليسجل المطر الكلي المتراكم أثناء هطلانه. كما ويمثل المنحنى البياني المتحصل عليه تغير التساقط مع الزمن. وتستخدم هذه الأجهزة المعرفة شدة الأمطار لفترات قصيرة ولإعطاء قراءات مستمرة مسجلة. ويمكن لبعض هذه الأجهزة تسجيل المعلومات عددياً أو بيانياً أو إرسالها إلى أجهزة حاسوب، وتوجد أنواع عدة من هذه النظم منها:

أ- المقياس الوزني Weighing-type يسجل الوزن الكلي لكمية الأمطار أو الجليد الهاطل في الوعاء المستقبل والتساقط المتجمع فيه منذ بداية التسجيل في وعاء موضوع فوق نابض أو ميزان رافع، وتسجل الزيادة في وزن الوعاء ومحتوياته في مخطط مثبت على طبل مدار بساعة وبالتالي يعطى التسجيل الكميات المتراكمة من الأمطار، ولا يحتوي مثل هذا الجهاز على نظام ذاتي التفريخ، غير أن القلم المعد به يقوم بالتنقل في البطاقة أي عدد من المرات ويفيد هذا الجهاز في تسجيل الثلج والبرد، ومخلوط النتح والمطر إذ أنه لا يتطلب ذوبان التساقط للتسجيل.

ب- المقياس العائم (الطافي) Float type : وفيه يقاد التساقط إلى حجرة عائمة تحوي عوامة خفيفة. وترسل الحركة الأسية للعوامة كلما ارتفع مستوى الماء، بنظام معين لقلم التسجيل، ويستخدم نظام سايفون لتفريغ محتويات الوعاء المجمع للأمطار كلما امتلأ بعد هطلان أمطار ارتفاعها 10 ملم كما يمكن تفريغه يدوياً، ويسجل مستوى العوامة الطافية على طبل للحصول على منحنى كتلة؛ والذي يمكن بوساطته ايجاد شده هطلان الأمطار. ويمكن إضافة نظام للجهاز للتسخين أثناء فترة الشتاء لتفادي احتمال التجمد.

ج- المقياس ذو الوعاء القلاب Tipping bucket type: يقوم الوعاء المجمع للمطر يصبها في وعاء ذي حجرتين. ويملا ربع علم (20) جم) من المطر حجرة من الوعاء ثم يرجح بها فتنقلب، وبالتالي يتم تفريغها في حوض. ثم تتحرك الحجرة الثانية من الوعاء في حيز تحت الصبابة وكلما تغيرت حجرة بوساطة ربع ملم من المطر تقوم بتفعيل دائرة كهربائية، متصلة بقلم تسجيل في فترة زمنية محددة) يدور على ورقة بيانية مثبتة على طبل دوار في المسجل الكهربائي، ومن ثم يمكن معرفة سمك التساقط ومعدله عبر الزمن، غير أن مثل هذا الجهاز لا يصلح لقياس الجليد دون تسخين المجمع بصفة مستمرة.

د- استخدام الرادار RADAR : توجد عدة طرق لاستخدام الرادار للمساعدة في قياس المطر خاصة لتغطية الأعاصير في منطقة معينة.

من أهم مصادر الخطأ عند تسجيل القراءات وحفظ السجلات بمقياس التساقط التالي: أخطاء قراءة تدريج المقياس، وضياع بعض الماء أثناء الجمع وتسجيل القراءة، وفقدان بعض الماء لبلل أجزاء الجهاز الداخلية، وأي تغير في منطقة استقبال التساقط، وميلان جهاز القياس، وعطب الجهاز بسبب الرياح أو خلافه، أو غياب الصيانة الدورية. أما تحديد عدد محطات قياس التساقط اللازمة لمنطقة معينة فيعتمد على عدة متغيرات منها: الغرض من قياس التساقط وطبغرافية منطقة الهطول وجيولوجيتها وطبيعتها. وكلما زادت أعداد محطات القياس في منطقة معينة كلما قلت أخطاء حساب شدة المطر وتقديرها. ومن التوصيات المناسبة لتحديد عدد محطات قياس الأمطار الشهرية حسب مساحة الهطول تلك المقدمة بوساطة بليزديل Bleastale المبينة على جدول 2 :

جدول 2 بليزديل لتحديد المحطات اللازمة لقياس الأمطار الشهرية

استكمال بينى لسجلات التساقط Interpolation of rain fall records : قد تفقد أحياناً السجلات من محطة قياس رصد معينة ليوم أو عدة أيام بسبب غياب مشغل المحطة، أو خلل في أجهزة التسجيل، أو لأي سبب آخر. ولكني لا تضيع المعلومات فمن الأفضل استخدام طريقة مناسبة لتقدير كمية المطر الهاطل في هذه الأيام لحساب الكميات الشهرية والسنوية. وفي هذا المحور تتبع طريقتين للتقدير تعتمدان على سجلات متتالية لثلاث محطات بالقرب من المحطة التي افتقدت سجلاتها بحيث تبعد المحطات عنها بعداً متساوياً تقريباً على أن تتحقق الشروط التالية:

أ- إذا كان التساقط السنوي في كل من المحطات الثلاث في حدود عشرة بالمائة من التساقط في المحطة ذات السجل المفقود.

ب- يمكن استخدام متوسط حسابي بسيط لتقدير سجل المحطة المفقود. إذا كان التساقط السنوي في أي من المحطات الثلاث يختلف عن المحطة الفاقدة للسجلات بأكثر من عشرة بالمائة تستخدم طريقة النسبة الطبيعية. وتعتمد هذه الطريقة على تراكم قيم التساقط على حسب نسب قيم التساقط السنوي كما مبين في المعادلة الاتية:

حيث :

 Nالتساقط السنوي العادي

a,b,c   محطات رصد التساقط الهيدروليكية وقياسه

P_x السجل (القياس) المفقود أو غير الدقيق من المحطة x

 ومن العوامل المؤثرة في تحديد التساقط السنوي لمنطقة معينة: ارتفاع المنطقة وطوبوغرافيتها، واتجاه الرياح

الممطرة، والبعد عن البحر.

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

¹ خليط من المطر والبرد