قنات اولین تونل دنیا
در عصر حجر بشر برای تأمین سلاح به جمع آوری سنگ هایی نظیر سیلیکس و چخماق از بستر رودخانه ها می پرداخت. با ظهور عصر نوسنگی و رواج کشاورزی و دامداری تقاضا برای سنگ های مزبور افزایش یافت. به این ترتیب بشر اولیه برای تأمین نیازش به جستجو در عمق زمین و کشف معادن پرداخت.
یکی از بزرگترین موانعی که بر سر راه بشر اولیه وجود داشت، وجود آب های زیرزمینی در معادن بود و همین امر آن ها را به جستجوی روشی برای استخراج آب اضافی معادن و پایین آوردن سطح آب زیرزمینی وا‌داشت. سرانجام آن ها با ایجاد دهلیزهای زیرزمینی با شیبی کمتر از شیب سطح زمین، موفق به خارج کردن آب اضافی شدند.
قنات چیست؟
قنات به راهی که در زیرزمین کنده شده تا از طریق آن آب به دشت جریان یابد قنات می گویند.
کاریز یا قنات یا کهریز مجموعه ای است از چند میله و یک یا چند کوره (دهلیز یا کانال زیرزمینی) که با شیبی کمتر از شیب سطح زمین، آب موجود در لایه آبدار مناطق مرتفع زمین مثل رودخانه ها، مرداب ها و برکه ها را به کمک نیروی ثقل زمین و بدون کاربرد نیروی کشش و هیچ نوع انرژی الکتریکی یا حرارتی با جریان طبیعی جمع آوری می کند و به نقاط پست و کم ارتفاع می رساند.
به عبارت دیگر کاریز کانالی است در عمق زمین برای ارتباط دادن رشته چاه هایی که از مادرچاه (به دورترین میله چاه از خروجی قنات که در نقاط بالادست حفر شده است، مادرچاه گفته می شود) به منظورهدایت آب به سطح زمین و مدیریت آب برای کشاورزی و سایر مصارف سرچشمه می‌گیرد.
درون یک مادر چاه قنات، نزدیک یزد، ایران
تاریخچه قنات
ایرانیان باستان در چندین هزار سال قبل دست به این ابتکار جدید زده و آن را کاریز یا کهریز نام نهادند. با این اختراع که در نوع خود در جهان تاکنون بی‌نظیر بوده است، می‌توان مقدار قابل توجهی از آب‌های زیرزمینی را جمع آوری کرد و به سطح زمین رساند، که همانند چشمه‌های طبیعی، آب آن در تمام طول سال بدون هیچ کمکی از درون زمین به سطح آن (زمین) جاری شود.
در قرن نهم میلادی اولین کتاب در مورد قنات تدوین شد که نام آن القانی بود. مردم با استفاده از این کتاب تا قرن یازدهم میلادی قنوات زیادی حفر کردند که این دوران مصادف بوده است با دوران حکومت سامانیان که بیانگر اهمیت قنات و کشاورزی در آن دوران است. ساخت اولین قنات مربوط به تمدن آشور و شهر سوخته است.
عمیق‌ترین چاه مادر در حوالی «گناباد» از توابع خراسان است که ۷۰ کیلومتر طول آن است و به روایتی ۴۰۰ متر و به روایت دیگر ۳۵۰ متر عمق دارد. کندن آن به دوره هخامنشی و یا قبل از آن می‌رسد.
قنات قصبه گناباد
هرچه شیب زمین کم تر باشد طول کاریز بیشتر و هرچه شیب بیشتر باشد طول کاریز کمتر خواهد بود. تنها قنات دوطبقه جهان قنات دوطبقه «مون اردستان» در محله مون یکی از محلات شهرستان اردستان در استان اصفهان واقع است. این قنات در این محله شامل دوطبقه است که در هر طبقه آن آبی مستقل جریان دارد جالب این‌جاست که آب هیچ یک به دیگری نفوذ نمی‌کند این قنات ۸۰۰ سال پیش احداث شده است.
نمایی از قنات مون اردستان
قنات مون اردستان
حدود ۵٠٠ سال قبل از میلاد مسیح ایرانیان، آموزش فن حفر قنات را به مصر و حدود ٧۵٠ میلادی مسلمانان بنی‌امیه این فن را ازآنجا به اسپانیا منتقل کردند و سپس ازآنجا به مراکش منتقل شد و حدود سال ١۵٢٠ میلادی به آمریکا به ویژه منطقه‌ی لس‌آنجلس فعلی، انتقال یافت. خواستگاه اصلی قنات ناحیه‌ی آذربایجان غربی ایران و ارمنستان فعلی در منطقه‌ی معادن سرب این نواحی است.
در حال حاضر در ٣۴ کشور جهان قنات وجود دارد.
ساختمان و مشخصات قنات
ساختمان و مشخصات قنات
قنات، تشکیل شده از یک دهانه یا هرنج که روباز است و یک مجرای تونل مانند زیرزمینی و چندین چاه عمودی که مجرا یا کوره زیرزمینی را در فواصل مشخص با سطح زمین مرتبط می‌سازد.
قسمت‌هایی از کاریز که با حفر آن‌ها هنوز آب بیرون نمی‌آید «خشکه کار» و قسمتی که آبدار است (قسمت انتهایی) قسمت «آبده کاریز» نامیده می‌شوند.
ساختمان و مشخصات قنات
محاسن و معایب قنات
سیستم استخراج در قنات طوری است که آب بدون کمک و صرف هزینه فقط با استفاده از نیروی ثقل از زمین خارج می‌گردد.
و از معایب آن می توان به این موارد اشاره کرد:
- در زمین های هموار و نواحی که آب زیرزمینی شیب کافی ندارد و نیز زمین های خیلی سست و ماسه‌ای امکان حفر قنات نیست.
- آب قنات ، به‌طور دائم جریان دارد و قابل کنترل نیست.
- قنات نسبت به چاه در مقابل سیل و زلزله و امثال این ها آسیب پذیر است و خرابی در قنات ها بعضی مواقع طوری است که احیا مجدد آن ها یا ممکن نیست و یا ازلحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست.
چگونگی شناسایی آب های زیرزمینی
- شناخت آب های زیرزمینی از طریق شناخت منطقه
- شناخت آب های زیرزمینی با توجه به پوشش گیاهی و وجود جانداران یا پرواز حشرات
این نحوه مطالعه فقط اطلاعاتی در مورد زمین‌های نمناک و احتمالاً آب های موجود در عمق بسیار کم در اختیار ما می گذارد.
- شناخت آب های زیرزمینی از روی رنگ و شکل زمین
کرجی در این زمینه نظریاتی داده است که هنوز با وجود گذشت ده قرن اکثر آن ها صادق است: « کوه های سیاه رنگ و پرنم که دارای سنگ های آمیخته به گل باشند و پس از آن در کوه های سبزرنگ و زردرنگ و سرخ رنگ همگی دارای آب هستند و به ترتیب مقدار آب های پنهانی آن ها کاهش می یابد.«
- شناخت آب های زیرزمینی با استفاده از روش های جدید
امروزه از روش های زمین شناسی و شناسایی از بالا به وسیله عکس های هوایی و همچنین فن های ژئوفیزیکی برای یافتن آب های زیرزمینی استفاده کرد.
مقدمات حفر قنات
برای حفر یک قنات ابتدا مقنی ( چاه کن ) به شناسایی یک سفره آب عمیق می پردازد که شرایط لازم برای حفر قنات را داشته باشد.
درون زمین دو نوع سفره آبی وجود دارد:
- نوع اول، سفره های سطح الارضی هستند که منشاء آب موجود در رودخانه ها و چشمه ها است.
- نوع دوم سفره های عمیق زیرزمینی هستند که آب آن ها تنها از طریق حفر قنات یا چاه عمیق امکان پذیر است.
بنابراین محل ایده آل در قسمت کوهپایه ها قرار دارد جایی که نزولات آسمانی به حداکثر می رسد و سیلاب ها جمع می شود و همچنین قشر و لایه های خاک آن بسیار نفوذپذیر باشد. از دیگر شرایط حفر یک قنات وجود یک شیب از طرف سطح آب سفره زیرزمینی به سوی رشته های پایین سمت کوهپایه است تا به این صورت آب های سفره زیرزمینی امکان جاری شدن و به قول محلی سوارشدن بر دشت را داشته باشد.
نحوه حفر قنات
پس از اطمینان به اینکه بعد از حفاری به سفره آب زیرزمینی دسترسی پیدا می کنیم، با حفر چاه هایی موسوم به « گمانه» به ارزشیابی نشانه های یادشده می پردازیم و همان گونه که از نام این چاه ها پیداست این چاه ها مشخص می کنند، آیا حدس مقنی صحیح بوده است یا خیر. زمانی که مقنی به سقف سفره آب رسید آب از کف و دیواره های چاه شروع به تراویدن می کند در این هنگام کارگر مقنی به سرعت شروع به کندن می کند و قشر خاک را به اندازه ۲ تا ۳ متر حفر می کند.
هنگامی که آب در ته چاه پدیدار می شود حفر کوره قنات می تواند آغاز شود. با این همه ضروری است چند روزی صبر کرد تا سطح آب در چاه تثبیت شود، چراکه این سطح یکی از داده های مهم برای ادامه عملیات است.
پس از حفر گمانه و مشخص شدن مادرچاه دومین مرحله ی بزرگ و دشوار حفر قنات یعنی احداث دهلیز ازجانب مظهر قنات به سمت مادرچاه انجام می گیرد.
قبل از آنکه محل دقیق ابتدای دهلیز قنات ( مظهر )مشخص شود، مقنی مناطقی که این نقطه ممکن است در آن انتخاب شود را با توجه به سطح آب ایستابی در مادرچاه و میزان شیب سطح زمین مشخص می کند (یعنی نقاطی را که با سطح آب ایستابی هم ارتفاع هستند) سپس با توجه به شرایط اقلیمی و حاصلخیزی خاک بهترین نقطه را به عنوان مظهر قنات انتخاب می کند. بنابراین مقنی می بایست به ترازیابی بپردازد.
تعیین شیب قنات
پس از عملیات ترازیابی و شناخت مظهر قنات سرانجام نوبت به حفر دهلیز می رسد. دهلیز می بایست با یک شیب مناسب از مظهر به سمت مادرچاه حفر گردد. بر اساس تحقیقات انجام شده معمولاً شیب قنات در سراسر طول خود یکسان نیست. غالباً به منظور ایجاد سرعت کافی برای جریان آب در قنات و جلوگیری از نفوذ آب در خشکه کار شیب قنات در این قسمت را کمی بیشتر از قسمت تره کار ایجاد می کنند. بر این اساس شیب در قسمت تره کار( فاصله بین مادرچاه تا محل تقاطع کف کوره قنات با سطح ایستابی ) بین صفر تا چند در هزار و در قسمت خشکه کار( فاصله بین محل تقاطع کف کوره قنات با سطح ایستابی ) بین ۵/۰ در هزارتا چند در هزار در نظر گرفته می شود. از دیگر نکات قابل توجه در تعیین میزان شیب کف کوره این است که این شیب می بایست کمتر از شیب سطح زمین و بیشتر از شیب سطح ایستابی باشد. در غیر این صورت امکان حفر قنات وجود نخواهد داشت.
حفر قنات با استفاده از امکانات جدید
با توجه به هزینه زیاد و وقت گیر بودن حفر قنات در شرایط کنونی لازم است که احداث قنات مکانیزه شود. برای تحقق این امر باید میله ها را بوسیله ی ماشین آلات حفاری و کوره را بوسیله ی بیل های مکانیکی و دستی و سایر وسایل حفر کرد. همچنین باید خاک کوره را بوسیله ی سیستم ریل گذاری بیرون برد و جهات و ارتفاعات را باید از طریق اصول فنی و نقشه برداری تعیین کرد. ضمناً تأمین محیط ایمن و بهداشتی (روشنایی و تهویه مناسب) با استفاده از آخرین دستاوردهای فنی ضروری است. به گفته فیلسوفی در حدود سال ۱۳۳۵ با استفاده از وسایل مکانیکی جدید حفر قنواتی که قبلاً ۲۰ تا ۳۰ سال طول می کشید در کمتر از یک سال خاتمه می یابد.
چند نمونه از قنات‌های ایران
در حال حاضر در ایران حدود ۴٠٠٠٠ قنات به طول ٢٧٢٠٠٠ کیلومتر وجود دارد، که فقط در استان خراسان ٧٢٣٠ رشته قنات با آب دهی ١٨۵٠٠٠٠٠٠٠ سانتی مترمکعب در ثانیه وجود دارد، یعنی ٩ برابر ذخیره‌ی سد کرج و ١۴٠ برابر ذخیره‌ی سد طرق. در تهران، دست کم ٣٠٠ رشته قنات شناخته شده، که طول بعضی از آن‌ها به ١٨٠٠٠ متر می‌رسد.
طولانی ترین قنات ایران
طولانی ترین قنات ایران به نام “قنات زارچ” با طول صد کیلومتر و سابقه ای بیش از ۳۰۰۰ سال، که در استان یزد قرار دارد. یکی از ویژگی های قنات زارچ مقطع مربعی آن ها است که پیشینه حفر آن به زمان زرتشتیان بر می گردد.
قنات زارچ
طول کوره قنات زارچ بیش از ۷۱ کیلومتر بوده و تعداد چاه های آن ۲۱۱۵حلقه شمارش شده است.
عمق مادرچاه آن به ۸۵ متر می رسد و آبدهی آن ۲۵ لیتر در ثانیه گزارش می شود که در مقایسه با آبدهی سال های دور که معادل ۱۵۰ لیتر در ثانیه ذکر شده، رقم قابل توجهی به شمار نمی رود.علت این امر افت شدید سطح آب های زیر زمینی منطقه براثر استفاده بیش از حد و نامناسب از آن هاست.
مظهر این قنات در شهر زارچ استان یزد واقع شده و دارای سه شاخه یا تونل زیر زمینی جدا از هم است که تونل های آن: شیرین، شور و ابراهیم خویدکی نام دارد.
تهیه و گردآوری: فرزانه صادقیان دانشجوی کارشناسی موسسه آموزش عالی حکمت قم
