ألواح الطاقة الشمسية تقلل الرواسب الناجمة عن انجراف التربة على المنحدرات بنسبة تصل إلى 56.6% لكنها تتسبب في انجراف أخاديدي أسفل خط التنقيط

أخبار ar.wedoany.com، قام فريق بحثي من جامعة نورثويست إيه آند إف (Northwest A&F University) الصينية والأكاديمية الصينية للعلوم (CAS) بدراسة تأثير مصفوفات الألواح الكهروضوئية على المنحدرات في أنماط انجراف التربة والعمليات الهيدروديناميكية، من خلال تجارب محاكاة هطول الأمطار. أظهرت النتائج أن تركيب الألواح الكهروضوئية يقلل من إجمالي كمية الرواسب الناتجة عن انجراف التربة على المنحدرات، إلا أن الانجراف يتركز في منطقة خط التنقيط أسفل الحافة السفلية للألواح، مما يُحدث نمطًا من الانجراف الأخاديدي غير الموجود في المنحدرات الطبيعية.

أُجريت التجارب باستخدام صندوق تربة قابل للتعديل بأبعاد 2.0 م × 1.0 م × 0.4 م، مُلئ بتربة طينية زراعية جُمعت من جنوب هضبة اللوس الصينية، مع تثبيت درجة الانحدار عند 10°. تم تركيب أربعة ألواح كهروضوئية مخصصة بأبعاد 57 سم × 48 سم فوق التربة إما بترتيب خطي (1×4) أو ترتيب كتلي (2×2)؛ واختبرت الدراسة توليفات من ثلاثة ارتفاعات للتركيب هي 0.4 م و0.6 م و0.8 م مع ثلاث زوايا ميلان هي 30° و35° و40°. خضعت كل تهيئة لمحاكاة هطول أمطار بكثافة 80 مم/ساعة لمدة 60 دقيقة، مع إعداد منحدر مكافئ بدون ألواح كهروضوئية كمجموعة ضابطة، وتكررت جميع السيناريوهات مرتين.

خلال التجارب، جُمعت عينات من الجريان السطحي والرواسب، وقِيست سرعة التدفق وعمق المياه في المناطق المغطاة والمكشوفة؛ وبعد كل جولة تجريبية، سُجل زمن بدء تشكل الأخاديد أسفل خط التنقيط وطولها وعرضها وعمقها. كما أجرى الفريق 8 تجارب تخفيف باستخدام حصائر عشبية أو شرائح حصوية بعرض 20 سم.

أوضح الباحثون أن الألواح الكهروضوئية تغيّر التفاعل الطبيعي بين هطول الأمطار وسطح الأرض عبر آليتين متزامنتين: فالمناطق المغطاة تعترض مياه الأمطار، مما يقلل من انجراف التناثر وتكوين القشرة السطحية؛ بينما تتجمع مياه الأمطار المعترضة على شكل تنقيط عالي الطاقة عند الحافة السفلية للألواح، مشكّلة تدفقًا مركّزًا ذا طاقة تآكلية متزايدة. تؤدي عملية إعادة التوزيع هذه إلى تشكيل نمط مكاني مميز على المنحدر — فالمناطق المغطاة لم تعد تستقبل الأمطار مباشرة، بينما تتعرض مواقع خط التنقيط لجرف مستمر من التدفق المركّز.

أظهرت نتائج محاكاة هطول الأمطار أنه على مستوى المنحدر، وبالمقارنة مع المجموعة الضابطة، انخفض إنتاج الرواسب على المنحدرات المزودة بألواح كهروضوئية بنسبة تصل إلى 56.6%؛ ومن حيث ارتفاع التركيب، كان متوسط معدل التخفيض الأكبر عند ارتفاع 0.4 م، حيث بلغ 46.3%؛ ومن حيث زاوية الميلان، كان متوسط معدل التخفيض الأكبر عند زاوية 35°، حيث بلغ 36.3%. في جميع تهيئات الألواح الكهروضوئية، ظهرت أخاديد عرضية صغيرة أسفل خط التنقيط (أخاديد انجراف صغيرة تعبر المنحدر)، بينما لم تظهر مثل هذه الأخاديد على المنحدرات الضابطة.

كما أظهرت التجارب أنه في ظل ظروف التدفق الصفحي (Re<500) والتدفق دون الحرج (Fr<1.0)، تتراكم طاقة الانجراف طوليًا على طول المنحدر، حيث يزداد معدل سرعة التدفق بنسبة 148% عندما ينتقل الماء من المناطق المغطاة الأعلى إلى المناطق المغطاة الأدنى، مما يجعل صف الألواح السفلي موقعًا رئيسيًا للجرف الأساسي. تتحدد مواقع الأخاديد وتباعدها (48–57 سم) بترتيب الألواح؛ ويزداد عرض وعمق الأخاديد مع زيادة ارتفاع التركيب، حيث بلغا 3.44 سم و1.84 سم على التوالي عند ارتفاع 0.8 م. يرى الباحثون أن الهياكل الخارجية يمكن أن تُحدث أشكالًا هندسية للانجراف غير موجودة في الظروف الطبيعية على المنحدرات.

نُشرت هذه النتائج في مجلة الهيدرولوجيا (Journal of Hydrology) تحت عنوان "Photovoltaic panel arrays reshape soil erosion patterns and hydrodynamic processes on hillslopes".