يمكن استخدام الجاذبية كمصدر للطاقة لنقل المياه عن طريق الاستفادة من الاختلافات في الارتفاع لنقل المياه (عادةً عبر خطوط الأنابيب). ويمكن أن يحدث هذا إما من مصادر المياه المرتفعة إلى الخزانات ومنشآت المعالجة أو مباشرة من مرافق التخزين المرتفعة إلى نقاط الإمداد. ويمكن استخدامها في العديد من المراحل المختلفة في نظام المياه وفي جميع مراحل الطوارئ.

تشمل مصادر المياه التي يمكن نقل المياه من خلالها بشكل مناسب عن طريق الجاذبية، الينابيع والجداول المائية والبحيرات والخزانات أو مجرد خزان مرتفع. نظرًا لأن الجاذبية مصدر للطاقة، فإن الميزة الرئيسية لاستخدامها هي أنها مجانية، لذلك نادرًا ما تكون هناك حاجة للمضخات داخل نظام قائم على الجاذبية. عند استخدام المضخات، تنطبق مبادئ تدفق المياه في المواسير الموضحة أدناه أيضًا على تلك الأنظمة (حيث يتغير مصدر الطاقة فقط).

اعتبارات التصميم

إجمالي طاقة الماء في أي نقطة محددة في نظام الجاذبية هو مجموع طاقته بسبب الارتفاع والضغط وال سرعة. وفي حالة عدم تدفق المياه (على سبيل المثال في خزان كامل مع صنابير مغلقة)، يتم تحديد رأس الضغط، الذي يشير إلى الطاقة لكل وحدة وزن من الماء المقاس بالأمتار، من خلال الفرق في الارتفاع بين الصنبور ومستوى سطح الماء في الخزان. وعندما يُفتح الصنبور، يتدفق الماء، ويقل الضغط في رأس الصنبور بسبب الطاقة المفقودة من خلال تبديد الحرارة في البيئة التي تحدث عندما تتصادم جزيئات الماء مع بعضها بعضًا ومع جدار المواسير. ويُعرف هذا الانخفاض في طاقة الضغط باسم "فقد الاحتكاك" أو "فقد الرأس" وهو كمية معروفة لأي ماسورة معينة مملوء بالكامل بالماء ومفتوحة من الطرف الآخر (يُوضح عادةً فقدان الاحتكاك بالمتر لكل 100 متر). يختلف فقدان الاحتكاك وفقًا لنوع الماسورة وقطرها. فعلى سبيل المثال، يكون للمواسير الخشنة أو الأصغر، قدرًا أكبر من الاضطراب، ما يؤدي إلى المزيد من فقدان الطاقة، وبذلك فسيقل الضغط في نهاية الماسورة. كلما زاد طول الماسورة، زاد فقدان الاحتكاك أيضًا.

مع فقدان الاحتكاك المعروف، يمكن حساب خط التدرج الهيدروليكي. ونظرًا لضياع بعض الطاقة عندما يتحرك الماء، سيكون رأس الضغط أقل مما كان عليه عند إغلاق الصنابير، لذلك ينحدر هذا الخط دائمًا من المصدر. والأهم من ذلك، ينبغي أن يكون هذا الخط دائمًا فوق الأرض (من الناحية المثالية 10 أمتار أو أكثر للحفاظ على الهواء في المحلول، أو في حال لم يكن كذلك، فينبغي استخدام صمامات إطلاق الهواء)، لأن الذهاب تحت الأرض يسبب ضغطًا سلبيًا وتأثير شفط يمكن أن ينتقل عبر الهواء أو تلوث التربة عن طريق وصلات المواسير السيئة التي من الممكن أن تعيق التدفق. وينبغي أن ينتهي خط التدرج الهيدروليكي أيضًا فوق آخر صنبور في النظام بحيث يكون هناك ضغط زائد ("متبقٍ") في أبعد نقطة. ويضمن ذلك أن المياه ستتدفق ب سرعة كافية عبر الصنبور (ما سيضيف بعض فقدان الطاقة الذي يختلف وفقًا لنوع الصنبور) مع مراعاة أي اختلافات في مسارات المواسير الفعلية. وتعد القاعدة العامة المعتادة هي التخطيط لخمسة أمتار على الأقل من الضغط المتبقي فوق الصنابير في أنظمة الجاذبية الكبرى. ومع ذلك، في حالات الطوارئ القصوى للمسافات القصيرة، يلزم وجود ضغط أقل متبقي (على سبيل المثال، عادة ما تكون المسافة العمودية متر واحد بين قاعدة الصهريج والصنابير الرأسية كافية لتلبية مؤشرات معدل تدفق اسفير المُوصى به). ومن الممكن أيضًا أن يكون لديك ضغط كبير عند الصنبور. وعندما يكون الضغط المتبقي أكثر من 56 مترًا، يلزم تركيب المقاييس اللازمة في خطوط الأنابيب لتقليل هذا الضغط.

المواد والمستلزمات

تعتمد المواد والمستلزمات المطلوبة على نظام الجاذبية المعين، والذي يتطلب عادةً مواسير وصمامات وخزانات وصنابير (يُرجي الرجوع إلى D.7 و D.8 ).

القابلية للتطبيق

أثناء مرحلة الاستجابة القصوى، غالبًا ما تُستخدم أطوال مواسير قصيرة لصنابير رأسية، لذلك يكون التصميم التفصيلي أقل أهمية في البداية. بالنسبة للأنظمة الكبيرة، من الضروري إجراء مسح طوبوغرافي وتصميم شاملين، لذا فهي تتطلب وقتًا أطول للتنفيذ. وفي هذا الموطن لن يكون التقدير الطبوغرافي السريع باستخدام بيانات الارتفاع من نظام تحديد الموقع العالمي (GPS) أو القمر الصناعي دقيقًا. وهذا يعني أنه بالنسبة لهذه الأنظمة الكبرى، فإنها تميل إلى أن تكون أكثر قابلية للتطبيق على مرحلتي الاستقرار والتعافي. وتعد أنظمة التدفق بالجاذبية مناسبة لا سيّما في المناطق ذات الاختلاف الطبوغرافي (مثل التلال والجبال).

التشغيل والصيانة

تختلف احتياجات التشغيل والصيانة وفقًا لنوع نظام الجاذبية، على الرغم من أنها ستشمل عمومًا إصلاح الماسورة واستبدال الصنبور (يُرجي الرجوع إلى D.7 و D.8 ).

الصحة والسلامة

سيتم ربط قضايا الصحة والسلامة بنوع نظام الجاذبية المثبت، وستشمل عادةً إنشاء الخزان أو أعمال حفر ماسورة الترنش(يُرجي الرجوع إلى D.7 و D.8 ).

التكاليف

الجاذبية هي مصدر مجاني للطاقة. واعتمادًا على حجم النظام، عادةً ما تكون تكاليف رأس المال لمخططات التغذية بالجاذبية أعلى من تكاليف تلك التي تحصل على المياه من مصادر تحت الأرض. ويرجع ذلك أساسًا إلى تكلفة خطوط الأنابيب الطويلة من منابع المرتفعات إلى القرى وجزئيًا إلى تكلفة توفير الخزانات. في المقابل، عادةً ما تكون تكاليف التشغيل بمرور الوقت منخفضة.

الاعتبارات الاجتماعية والبيئية

الجاذبية مقبولة تمامًا لأنها مصدر مجاني للطاقة، وهو ما يقلل من النفقات الجارية. وتتسم بأنها ملائمة بيئيًا، لأنها تقلل من الحاجة إلى الضخ باستخدام الطاقة المشتقة من الوقود الأحفوري، والتي لها تأثير أكبر على البصمة الكربونية للنظام بالإضافة إلى جودة الهواء بشكل عام.