قنات یکی از کهن‌ترین شیوه‌های دسترسی به آب شرب در ایران و سایر نقاط جهان به شمار می‌رود. امروزه و با ورود فناوری‌های جدید، روز به روز استفاده از این روش سنتی در حال کاهش است. در این مطلب به تعریف واژه‌ی قنات، مروری بر تاریخچه‌ی پیدایش آن، ساختار و محل‌های مناسب حفر آن پرداخته میشود.
قنات چیست؟
واژه‌ی کاریز یا کهریز واژه‌ای فارسی به معنای آب روان در زیر زمین یا مجرای آب زیرزمینی و عربی شده‌ی آن قنات معنای کندن و کانال می‌باشد.
قنات یک کانال زیرزمینی با شیب بسیار کم است که از طریق آن آب موجود در آبخوان یا سفره‌های آب زیرزمینی به سطح زمین منتقل می‌گردد. آب خوان را می‌توان قدیمی‌ترین شیوه‌ی مهندسی برای بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی جهت تأمین مصارف روزانه به حساب آورد.
بیشتر بخوانید:
- حفاری ضربه‌ای و حفاری چرخشی: مزایا، معایب و هرآنچه باید بدانیم
- خشک شدن بسیاری از رودخانه‌ها بر اثر استخراج بی رویه‌ی آب زیرزمینی
- آلودگی آب‌های زیرزمینی: عوامل، تأثیرات و راهکارها
کاریز به طور کلی از یک مجرای افقی و تعدادی چاه عمودی بر بالای آن تشکیل میشود. در مناطق خشک و نیمه خشک، قنات‌ها همچنان یک روش معقول و مقرون به صرفه جهت تأمین آب شرب هستند که امکان دسترسی به آب جاری و باکیفیت را به طور منظم حاصل می‌کنند.
تاریخچه‌ی قنات
قنات شیوه‌ی بهره‌برداری از آب زیرزمینی در دوره باستان است که از زمان هخامنشیان تا امروز یعنی بیش از ۳۰۰۰ سال قدمت دارد. ایرانیان باستان که عمدتاً در مناطق خشک و نیمه خشک زندگی می‌کردند، این شیوه را در جهت رفع نیاز به آب در دوره‌های خشکسالی و کم آبی ابداع کردند. پس از آن دیگر کشورهای سراسر جهان این شیوه را آموختند و جهت تأمین آب مورد نیاز خود از این فناوری استفاده کردند.
قنات قصبه گناباد (کاریز گناباد) در استان خراسان رضوی با قدمت ۲۵۰۰ ساله و قنات شش ناو در استان مرکزی با قدمت ۱۳۰۰ ساله نمونه‌هایی از قنات‌های قدیمی ایران محسوب می‌شوند.
ایرانیان از دیرباز به این شیوه و با تکیه بر دانش بومی، آب موجود در آبخوان‌ها را توسط حفر تعدادی چاه عمودی و یک مجرای افقی به روش ثقلی به سطح زمین منتقل کرده و برای شرب و آبیاری مورد بهره‌برداری قرار می‌دادند. در گذشته حدود ۴۰۰۰۰ رشته قنات با طول ۲۷۲۰۰۰ کیلومتر در کشور ایران وجود داشته است. از این کاریزها سالانه تقریباً ۱۰ میلیارد متر مکعب آب آستخراج می‌شده است.
امروزه و با تغییر سبک زندگی، از تعداد قنات‌ها و میزان آب استخراجی آنها کاسته شده است. جهت تعیین آبدهی قنات‌ها در نقاط مختلف ایران واحد سنگ برای اندازه‌گیری آبدهی قنات منظور میشود که دارای اندازه‌ی ثابتی نیست، ولی عموماً میزان آن را ۱۴ لیتر بر ثانیه برآورد می‌کنند.
قنوات زیادی در بخش‌های مختلف ایران بویژه مناطق خشک و کم آب وجود دارد؛ از جمله‌ی این مناطق می‌توان استان‌های خراسان رضوی، خراسان جنوبی، یزد، سمنان، کرمان، سیستان و بلوچستان، اصفهان و سمنان را نام برد. گرچه امروزه استفاده از قنات‌ها به گستردگی گذشته نیست، همچنان بخش عمده‌ای از مصارف شرب و کشاورزی کشور را قنات‌ها تأمین می‌کنند.
ساختار قنات
ساختمان یا ساختار هر قنات از بخش‌های مختلفی تشکیل میشود که عبارتند از:
- مجرای تقریباً افقی که معمولاً طول آن کمتر از ۵ کیلومتر است، ولی تا بیش از ۱۰۰ کیلومتر نیز گزارش شده است.
- مادر چاه یا (چاه مادر) که عمق آن معمولاً کمتر از ۵۰ متر است. گاهی عمق چاه مادر به بیش از ۲۰۰ متر نیز می‌رسد!
- میله‌ها (میله چاه‌ها)
- بخش تره کار
- بخش خشکه کار
- دهانه یا مظهر قنات
به این ترتیب، می‌توان توصیف کرد که قنات یک مجرای زیرزمینی با شیب کم (یک در هزار) است که همراه با تعدادی به نام میله در زمین حفر شده تا آب زیرزمینی تحت تأثیر نیروی ثقل در محلی به نام مظهر قنات (هرنج) در سطح زمین تخلیه گردد.
فاصله‌های چاه های عمودی (متشکل از مادر چاه و میله‌ها) حدوداً ۳۰ تا ۵۰ متر، قطر چاه‌ها حدود ۱ متر و عمق آنها معمولاً بین ۳ تا ۹۰ متر است. قطر مجرای افقی کاریز نیز بین ۱ تا ۱٫۲ متر می‌باشد. مجرای کاریز ممکن است با گذشت زمان و بر اثر فرسایش آبی وسیع‌تر شود.
مجرای قنات از دو بخش تره کار و خشکه کار تشکیل میشود. بخش تره کار در زیر سطح ایستابی قرار دارد و بخش آبدهی قنات می‌باشد. بخش خشکه کار در بالای سطح ایستابی واقع است.
البته برخی قنات‌ها دارای ساختمان پیچیده‌تری هستند. مثلاً قنات مون اردستان در استان اصفهان به صورت دو طبقه ساخته شده است که هوشمندی و مهارت ایرانیان در روش استخراج و بهره‌برداری از آب‌های زیرزمینی را نشان می‌دهد.
حفر قنات
حفر قنات توسط مقنی با حفاری مجرای افقی از طرف مظهر قنات به طرف مادر چاه شروع میشود. در حین حفر مجرای افقی میله‌ها (چاه‌های قائم) برای خارج کردن خاک و رساندن هوا به مقنی صورت می‌گیرد.
در حقیقت چاه مادر به جدیدترین میله گفته میشود و هر میله چاه، خود زمانی مادر چاه بوده است. حفاری میله‌ها به حفر درست مجرای افقی قنات کمک می‌کند، زیرا وسیله‌ی خوبی برای کنترل مسیر قنات در سطح زمین است.
با توجه با شیب زمین، چاه مادر عمیق تر از میله‌ها حفاری میشود. در کف چاه مادر، چاه کوره‌های کوچکی در جهت‌های مختلف حفر می‌کنند تا آب بیشتری وارد قنات شود. در بعضی از مناطق، چند رشته قنات را به یکدیگر متصل می‌کنند تا آبدهی مظهر قنات افزایش یابد.
آبدهی قنات
آبدهی قنات یا کاریز به عوامل مختلفی وابسته است که مهمترین آنها عبارتند از:
- جنس زمین
- میزان تغذیه و تخلیه در منطقه
- نوسانات سطح ایستابی
- طول و ساختمان قنات
- لایروبی به موقع قنات
- آبدهی
آبدهی قنات‌های کشور ما به طور متوسط ۷۵۰ مترمکعب در روز می‌باشد که متأسفانه رو به کاهش است. در مواردی آبدهی قنات به ۱۰۰ متر مکعب در ساعت هم می‌رسد.
از جمله قنات‌های پر آب در ایران می‌توان به قنات پای کم واقع در حومه‌ی شهرستان بم، قنات شاهرود در استان سمنان و قنات حسن آباد در استان یزد اشاره کرد. در استان یزد، حدود نیمی از آب مورد نیاز از طریق قنوات تأمین می‌گردد.
محل‌های مناسب حفر قنات
قنات‌ها را می‌توان در مکان‌های مختلفی از جمله در مسیر دره‌ها، در دامنه‌ی تپه‌ها، در محل چشمه‌ها، در مناطق سنگی و دشت‌های آبرفتی حفر نمود. دره‌های دارای رودخانه‌های فصلی محل‌های مناسبی برای حفر قنات محسوب می‌شوند. زمانی که رودخانه جاری است، قنات به خوبی تغذیه شده و آبدهی آن افزایش پیدا می‌کند. قنات‌های واقع در جنوب کاشان و نطنز در مسیر دره‌ها حفر شده‌اند.
حفر قنات در محل چشمه‌ها
در محل چشمه‌های واقع شده در زیر آبرفت‌ها می‌توان قنات حفر کرد. برای مثال، چشمه فین کاشان توسط یک رشته قنات (قنات سلیمانیه) به سطح زمین هدایت میشود. قنات مذکور در آبرفت‌های درشت دانه کوه‌های کرکس کاشان با طولی حدود ۵۰۰ متر حفر شده و آبدهی آن نزدیک به ۲۱۰ لیتر بر ثانیه می‌باشد.
در استان یزد قنات‌هایی وجود دارد که فاقد مادر چاه هستند و توسط چشمه‌های دائمی و یا فصلی تغذیه می‌شوند. آب قنات تفت در شیرکوه یزد از آب چشمه تأمین می‌گردد. چشمه‌ی تامهر در استان یزد از اول اسفند تا مهرماه جاری است و قنات مهر را تغذیه می‌کند. چشمه‌ی کارستی غربال بیز یا غربال ویز در حوالی مهریز یزد نیز قناتی با همین نام را تغذیه می‌کند.
حفر قنات در نواحی کوهستانی
در نواحی کوهستانی، می‌توان کاریزهایی با طول کم (بین ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ متر) حفر نمود. آب این نوع قنات‌ها از طریق سیستم‌های شکستگی موجود در توده سنگ تأمین میشود. در روستای تجره در حوالی شهرستان ملایر قناتی به طول ۸۰۰ متر و با مادر چاهی به عمق ۱۴ متر در توده سنگ‌های گرانیتی حفر شده است. آبدهی این قنات حدود ۲۵ لیتر بر ثانیه اندازه‌گیری شده است.
حفر قنات در دشت‌های آبرفتی
در دشت‌های آبرفتی، مادر چاه در دامنه‌ی ارتفاعات حفر شده و مجرای افقی در دشت امتداد پیدا می‌کند. معمولاً عمق چاه مادر و طول مجرای افقی این قنات‌ها زیاد می‌باشد. آبدهی آنها در طول سال تقریباً ثابت است. تصمیم برای حفر یا عدم حفر این قنات‌ها به شرایط زمین شناسی محل وابسته است. برای مثال، اگر لایه‌ی آبدار در عمق بیشتر از ۱۵۰ متر قرار داشته باشد، پمپاژ آب از چاه عمیق مقرون به صرفه نیست.
در این صورت، حفر قنات اقتصادی خواهد بود؛ زیرا می‌توان آب را به طور ثقلی تخلیه کرد. همچنین، اگر مجرای افقی قنات از سازندهای گچی و یا نمکی عبور کند، کیفیت آب نامناسب خواهد شد. در چنین شرایطی، به منظور بهره‌برداری از آب زیرزمینی به جای حفر قنات باید در بالادست اقدام به حفر چاه نمود.
نگهداری قنات
به طور معمول عمر قنات صدها سال و عمق چاه‌ها بین ۲۰ تا ۵۰ سال می‌باشد. با نگهداری قنات می‌توان به افزایش عمر قنات و کاهش صدمات زیست محیطی کمک نمود.
یکی از مسائل مهم برای نگهداری و حفظ قنات لایه‌روبی به موقع آن است. این امر بایستی در فواصل زمانی منظم انجام شود. دومین مسئله حفاظت میله‌ها است. در این رابطه باید با جلوگیری از ورود سیلاب‌ها، ماسه‌های بادی و آلوده کننده‌های زیست محیطی به سلامت آب قنات کمک کرد.
هم‌اکنون، در مناطقی از ایران که قنات‌های فعال وجود دارد و در اطراف آنها مراکز صنعتی ایجاد شده، توجه به حفظ سلامت منابع طبیعی ضرورت بیشتری دارد.
منبع: کتاب آب‌های زیرزمینی، تألیف دکتر محمدحسین قبادی
