چکیده
مناطق خشک با مشکلات آب آشامیدنی به دلیل تغییرات آب و هوایی و تقاضای زیاد آب مواجه هستند. بیش از ۳۰۰۰ سال پیش، ایرانیان سیستم های تونلی دقیق را به نام قنات (کاریز) برای استخراج و انتقال آب های زیرزمینی برای کشاورزی و استفاده های داخلی در مناطق خشک و نیمه خشک و بیابان های خشک آغاز کردند.در این مقاله، نشان داده شده است که روش های باستانی مدیریت آب، مانند سیستم قنات، می تواند نمونه ای خوب از دانش انسان برای مبارزه با کمبود آب به شیوه ای پایدار ارائه دهد.
هدف از این مقاله دو قسمت است:
۱-بررسی دانش باستانی قنات:به بررسی تاریخ این دانش باستانی از ابتدا تا به امروز و وضعی کنونی قنات ها پرداخته و چرا (با وجود اینکه مزایای فروانی در سیستم قنات وجود دارد) دیگر از این سیستم استفاده نخواهد شد
۲-پیشنهاد برای مدیریت آب در آینده و پیشنهاد روش های جدید بر اساس مواد و تکنولوژی جدید برای اصلاح و محافظت از قنات.با این پیشنهادات جدید می توان این روش استخراج آب در مناطق خشک را بهبود داده و اصلاح کرد.همچنین مدل مدیریت آب چند منظوره جدید براساس مدیریت نفوذ آب باران در سیستم قنات معرفی شده است، زیرا این مدل می تواند در شهرهای خشک یا مرطوب برای حل مسائل آب و هوای شهری فعلی مورد استفاده قرار گیرد.
مقدمه
مناطق خشک و نیمه خشک با مشکلات آب آشامیدنی به دلیل نیاز آب و منابع آب کم روبرو هستند.میانگین بارش سالانه در برخی کشورهای خشک و نیمه خشک در مناطق شمال آفریقا و خاورمیانه کمتر از ۵۰ میلی متر در سال است.روش های آبرسانی فعلی مانند تامین آب از سد در مناطق خشک قابل استفاده نیستند زیرا مقدار آب های سطحی کمی وجود دارد. اغلب، آب های زیرزمینی تنها منبع آب موجود در مناطق خشک و نیمه خشک هستند.
آب های زیرزمینی حدود دو سوم منابع آب شیرین جهان را تشکیل می دهند و اگر کوه های یخی قطبی و یخچال های طبیعی در نظر گرفته نشوند، آب های زیرزمینی تقریبا تمام آب شیرین قابل استفاده را تشکیل می دهند.حتی اگر در نظر گرفتن محدودیت فقط به آبخوان های فعال و قابل دسترسی زیرزمینی باشد، آب زیرزمینی همچنان ۹۵ درصد کل آب شیرین را تشکیل می دهد، دریاچه ها، باتلاق ها، مخازن و رودخانه ها ۳٫۵ درصد و رطوبت خاک تنها ۱٫۵ درصد است.آب های زیرزمینی از ابتدا برای استفاده خانگی (نوشیدن، شستشو) و همچنین برای کشاورزی (آب برای دام و آبیاری) استخراج شده است.در ایالات متحده، جایی که آبهای زیرزمینی در همه مناطق مهم هستند، تقریبا ۴۰ درصد کل منابع آب عمومی به منابع آب زیرزمینی وابسته است. در مناطق روستایی ایالات متحده ۹۶ درصد آب خانگی از آبهای زیرزمینی تامین می شود. همچنین، بسیاری از شهرهای بزرگ اروپا وابسته به آبهای زیرزمینی هستند.
آب های زیرزمینی در مقایسه با آبهای سطحی دارای مزایای کلیدی هستند.معمولا کیفیت بالاتری دارد ، بهتر از آلودگی مستقیم محافظت می شود،کمتر در معرض نوسانات فصلی و چند ساله قرار می گیرد و در مناطق بزرگ جهان آب سطحی به طور یکنواخت گسترش می یابد.در مناطق خشک و نیمه خشک، آبهای زیرزمینی به طور گسترده ای برای آبیاری استفاده می شود. در برخی از کشورهای خشک و نیمه خشک مانند لیبی یا تونس آبهای زیرزمینی تنها منبع مورد استفاده آب شیرین برای همه اهداف است.
خرد کردن یا حفاری زمین به عنوان یک چاه آب برای دسترسی به آبهای زیرزمینی به طور گسترده ای توسط مردم در مناطق خشک برای تامین آب استفاده می شود. اخیرا مشخص شده است که چاهها به طور قابل توجهی برای آبخوان مضر هستند و به طور چشمگیری میزان آبهای زیرزمینی را کاهش می دهند، علاوه بر مقدار زیادی انرژی که برای استخراج آب از زمین مورد نیاز است. بیش از ۵۰۰۰ سال پیش، ایرانیان یک سیستم آب پایدار زمین را که قنات (کاریز) نامیده می شود، اختراع کردند.
قنات ها کانال های مصنوعی زیرزمینی در زیر سطح زمین هستند که جریان مداوم آب را به سطح زمین برای استفاده انسانی و کشاورزی هدایت میکند.آب از قنات به سطح بر نمی گردد اما کانال را دور از نقطه اشباع قرار می دهد.در واقع قنات یک چاه افقی است نه یک چاه عمودی که به صورت غیر مکانیکی عمل میکند و تنها با استفاده از نیروی گرانش زمین،آب را از نقطه ای به نقطه دیگر منتقل میکند.
قنات ها معمولا در جاهایی که آب سطحی وجود ندارد حفاری می‌شوند.حفاری قنات ها شامل کار بسیار زیاد و مهارت های مهندسی می باشد که در ایران توسعه یافته است.حفاری در قنات در ایرن یک کار خانوادگی محسوب میشود که به صورت نسل به نسل در یک خانواده انتقال داده شده است و به کسی که حفاری قنات را انجام میدهد “مقنی” گفته می شود.این روش‌ها برای حفر قنات ها پس از ۵۰۰۰ سال یا بیشتر به سرعت در سراسر جنوب غربی آسیا و شمال آفریقا در طول دوران هخامنشی پخش می‌شوند. ساختار کلی یک قنات به شکل تصویر نشان‌داده شده‌است.
طرح کلی برای سیستم قنات- مادر چاه : برای ساخت یک قنات،مقنی های ماهر (متخصصان حفاری قنات) چاه مادر را با دست حفاری میکنند تا به چشمه آب برسند.قطر چاه مادر معمولا حدود ۱ متر است.
- کانال قنات : کانال قنات به صورت دستی حفاری می شود و به اندازه کافی بزرگ است تا مقنی بتواند در آن حفاری را انجام دهد. اندازه آن بستگی به عمق سطح آب و شیب سطح زمین دارد. با این حال، این می تواند چند کیلومتر باشد (برخی از کانال های قنات در ایران بیش از ۱۰۰ کیلومتر است). تونل قنات به آرامی از مادر به یک خروجی در یک روستا یا یک منطقه کشاورزی متصل می شود.
- میله چاه : کانال توسط یک سری چاه های عمودی به سطح زمین متصل می شود که برای خروج خاک حفاری شده استفاده می شود و همچنین تهویه و دسترسی برای تعمیر و نگهداری فراهم می شود.
- مظهر قنات : خروجی قنات ، نقطه ای است که آب از کانال قنات خارج شده و مردم آب را دریافت می کنند و عموما در بالادست یک روستا یا منطقه کشاورزی قرار دارد. نقطه خروجی آب بسیار مهم است؛ به خوبی نگهداری می شود و از نظر کیفیت و کمیت استفاده از آب ، نظارت می شود.
تاریخچه قنات:
گفتن زمان دقیق پیداش قنات آسان نیست،اما تحقیقات و مدارک تاریخی اثبات میکنند که قنات ها حداقل به مدت دو هزار سال در فلات ایران قرار دارند.یک تاریخچه جامع از تاریخ قنات در ایران توسط مرکز بین المللی قنات و سازه های هیدرولیکی تاریخی گزارش شده است.شرح مختصری از تاریخچه قنات که توسط چند نویسنده قدیمی در این اینچا به شرح زیر ارائه داده شده است:
حدث زمان دقیق پیدایش قنات ها کار آسانی نیست ، اما تحقیقات و شواهد تاریخی ثابت می کنند که قنات برای اولین بار توسط هنری گابلوت مورد بررسی قرار گرفته است. او در کتاب خود با عنوان “قنات: یک روش برای به دست آوردن آب” اشاره کرد که در اوایل هزاره اول سال قبل از میلاد، برخی از گروه های قبیله ای کوچک به تدریج شروع به مهاجرت به فلات ایران کردند که میزان بارش کمتری از سرزمین های این اقوام داشت.آن ها از مناطقی آمده بودند که آب های سحطی زیادی داشت بنابراین روش کشاورزی آن ها نیاز به آب فراوانی داشت که فلات ایران فاقد این مقدار آب بود.بنابراین تنها امیدشان این بود که روی رودخانه ها و چشمه هایی که در کوه ها بوجود آمده بود تکیه کنند.به عنوان کشاورز، این افراد با دو مانع مواجه شدند: اولین مانع رودخانه‌های فصلی بود که در طول فصل های خشک و گرم فاقد آب بودند.مشکل دوم چشمه هایی بود که آب های زیرزمینی را تخلیه می کردند و در طول فصل های گرم خشک میشدند.با این حال، آنها متوجه از جریان دائمی آب از طریق تونل های حفاری شده توسط معدنچیان آکدی که در جستجوی مس بودند،شدند.این کشاورزان با معدنچیان ارتباط برقرار کرده و از آن ها خواستند تا برای تامین آب بیشتر تونل های بیشتری حفر کنند.معدنچیان موافقت کردند که این کار را انجام دهند، زیرا هیچ مشکل فنی برای معدنچیان در ساخت کانال های بیشتر وجود نداشت.به این ترتیب ایرانی‌ها از آب استفاده کردند که معدنچیان به آن نیاز نداشتند و یک سیستم پایه به نام قنات تاسیس کردند،تا آب مورد نیاز را به زمین‌های کشاورزی خود تامین کنند.با توجه به گفته گابلوت ، این نوآوری در شمال غربی ایران امروزی بوجود آمد و بعدها به منطقه همسایه معرفی شد.دست‌کم دو هزار سال در فلات ایران وجود داشته‌است.
بدیهی است که تا ۲۰۹ سال پیش از میلاد ، قنات ها یکی ازخصوصیت های با اهمیت ایرانیان بود و توسط پولیبیوس (مورخ یونان، حدود ۲۰۳-۱۲۰ ق.م.)در طول لشگرکشی آنتیوخوس سوم (حاکم ششم امپراتوری سلوکی، حدود ۲۴۱ -۱۸۷ پیش از میلاد) در مقابل ارشک یا اشک اول (پادشاه اشکانی، حدود ۲۵۰-۲۱۱ پیش از میلاد) به آن اشاره شده است.پولوبیوس در وصف خود می‌نویسد که چگونه اشک کوشید با تخریب قنات ها و از بین بردن منابع آب ،از پیشرفت آنتیوخوس به سمت شهر هکاتومپیلوس (صد دروازه)،پایتخت اشکانیان جلوگیری کند.اگرچه روش‌های ساخت قنات به سمت غرب در مدیترانه و متعاقبا به آمریکای‌لاتین برده شد، سیستم‌های قنات و قنات ها بیش‌ترین رشد خود را در ایران به دست آوردند.
انتشار اسلام بار دیگر توسعه تکنولوژی قنات را آغاز کرد.تهاجم اولیه اعراب به غرب آفریقا و قبرس، سیسیل، اسپانیا و جزایر قناری ساخت قنات ها را گسترش داد.دراسپانیا،اعرابسیستمیدرکرویینت ،بهاحتمالزیادبرایمصارفکشاورزی ساختند،در مادرید و کوردوبا برای تامین آب شهری ساخته شده است.شواهد جدید نشان میدهد قنات ها را در غرب مکزیک،مناطقی از آتاکاما پرو و شیلی میتوان یافت.بعدازفتح مکزیک توسط اسپانیا،سیستم‌های قنات در مکزیکمورداستفادهقرارگرفتند.
قنات به عنوان کایز (افغانستان)، Galeria (اسپانیا)، Khotara (مراکش)، Aflaj (شبه جزیره عربستان)، Foggara (شمال آفریقا)، Kanerjing (چین) و Auon (عربستان سعودی و مصر) شناخته شده است،که منعکس‌کننده انتشار گسترده تکنولوژی در مسیرهای تجاری باستانی و نقشه‌های سیاسی هستند. تکنولوژی قنات در بیش از ۳۵ کشور جهان وجود دارد اما بیشتر آنها در ایران امروزی متمرکز شده‌اند.روش‌های مورد استفاده در ایران از هزاران سال پیش تا به امروز زیاد متفاوت نیستند.با این حال، مشکل کنونی قنات ها در سراسر جهان این است که آنها به سرعت در حال خشک شدن در مقیاس وسیع هستند.
نقشه پراکندگی قنات ها در جهان
- قنات ها باید به صورت مداوم تعمیر و نگه داری شوند که بسیار دشوار است. سیلابها می توانند رسوب را به چاه عمودی و کانال اصلی وارد کنند و آن را تخریب کنند. بنابراین، کانالهای قنات باید به صورت دوره ای بررسی شوند و از شن و ماسه و سایر مصارف تمیز شود.
- قنات سنتی توسط یک گروه از کارگران ماهر (مقنی) با دست ساخته شده است. این حرفه معمولا از پدر به پسر تحویل داده شد، اما امروز نسل جوان علاقه ای به این دانش سنتی نشان نمی دهد. بنابراین متخصصان قنات معمولا خیلی پیر هستند و یا از بین رفته اند.
- قنات اغلب برای اهداف داخلی و همچنین آبیاری استفاده می شود. در نتیجه، آنها می توانند بیماری را حمل کنند. تجزیه و تحلیل شیمیایی از آب، انجام شده در سال ۱۹۲۴، از ۶ قنات، آب با کیفیت قابل توجه در ۲ مورد یافت. در ۳ مورد دیگر، خلوص آب مشکوک بود و در ۱ مورد باقیمانده آب قطعا برای نوشیدن مناسب نبود. پیش بینی شده است که قنات یکی از مهمترین عوامل بیماری کلیوی قرن نوزدهم بوده است.
- امکان ایجاد یک سیستم قنات در هر نوع زمین بویژه زمین های مسطح وجود ندارد، زیرا برای ساختن سیستم قنات حداقل شیب لازم است. با این حال، در ایران مانند یزد، سیستم های متعدد قنات ساخته شده اند،در حالی که به دلیل شیب بسیار ملایم منطقه بسیار طولانی هستند و در برخی موارد به ۴۰ کیلومتر می‌رسند.
پیشنهادی برای مدیریت آینده آب
سیستم قنات یک روش سنتی برای توضیع آب های کشاورزی در مناطق خشک است که از عدم وجود رودخانه های دائمی رنج می برد و در آنجا سفره‌های آبی برای چاه زدن بسیار عمیق هستند..قنات می تواند به عنوان یک سیستم مدیریت آب شهری پایدار یا در شهرهای خشک برای تامین آب و یا در شهرهای مرطوب برای کنترل سیل به کار رود. در اینجا، یک مدل مدیریت آب چند منظوره جدید مبتنی بر مدیریت تصفیه باران در سیستم قنات (RWIQ) معرفی شده است.
مدیریت چند منظوره نفوذ آب باران در سیستم قنات
سیستم نفوذ آب باران می تواند با استفاده از سیستم قنات برای حداکثر نفوذ در زمان بارندگی شدید روی دشت از فروپاشی قنات جلوگیری کند.مدیریت آب باران (RWM) با نفوذ در کل حوزه آبریز می تواند با سیستم قنات برای توسعه یک مدل مدیریت آب چند منظوره ترکیب شود.
استفاده از مواد جدید در سیستم قنات.
مدیریت نفوذ آب باران چند منظوره در سیستم قنات (REIQ). خط آبی و قرمز به ترتیب مدل REIQ بحرانی برای شهرهای مرطوب و خشک هستند.
همانطور که قبلا ذکر شد، مدل RWIQ را می توان برای مناطق خشک یا مرطوب اعمال کرد.به عنوان مثال می توان در شکل بالا مشاهده کرد که خط آبی کاربرد مدل RWIQ را برای یک منطقه مرطوب نشان میدهد که در آن کنترل آبهای زیر زمینی و یا تبخیر، اهداف اصلی مدیریت آب نیستند ، اما از طرف دیگر کنترل سیل، حفظ پول و انرژی و تامین پایدار آب همچنین بسیار مهم هستند.خط‌قرمز نشان‌دهنده کاربرد مدل RWIQ برای منطقه‌ای خشک است که در آن رخ دادن سیل بزرگ‌ترین مشکل نیست در حالی که یک منبع آب پایدار، سطح آبهای زیر زمینی و یا شدت درجه حرارت،مهم هستند.
مدل RWIQ همچنین می تواند نسبت خودکفایی آب (WSSR) را با افزایش خودتامینی آب ، افزایش دهد. شاخص خودکفایی آب یک شاخص برای ارزیابی انسجام چرخه آب شهری مصنوعی است. این نسبت،به نسبت مقدار آب خودتامین به کل مصرف آب بیان می شود،که هر دو وابستگی به یک منبع آب خارجی و خودکفایی آب منطقه‌ای را نشان میدهد.بنابراین مصرف کل آب، مجموع تامین آب خارجی و ذخیره آب داخلی است.تامین آب خارجی شامل تامین آب چند منطقه ای (A) و تامین آب خود شهر است که شامل آبهای زیرزمینی (B)، آب باران (C)، آب مجاز استفاده از فاضلاب (D) و یک سرویس تامین آب منطقه‌ای ( E ) است که منبع آب خودش را دارد.
با این حال، همانگونه که قبلا ذکر شد، در سیستم قنات مشکلاتی وجود دارد. در اینجا برخی از روش های جدید برای حل این مشکلات پیشنهاد شده است.
پیشنهادات جدید
با استفاده از لوله های ژئوتکستایل و مواد ژئوممبران در یک قنات ، تونل قناتمی تواند از فرسایش محافظت شود و تعمیر و نگهداری آن آسان تر خواهد بود.همچنین در این مورد آب قنات می تواند از رسوبات و آلودگی فیلتر شود. ورودی چاه عمودی می تواند با مواد نفوذپذیر پوشیده شود.
اگرچه دانش یک متخصص محلی نقش مهمی در دنبال کردن مسیر منابع اصلی آب و جهت حفر دارد،ژئوفیزیک مدرن و تکنیک رادار زمین‌نفوذ ،سیستم های اطلاعات جغرافیایی و ابزار سنجش از راه دور می تواند برای پیدا کردن سفره آب زیرزمینی،جهت کانال اصلی قنات و چاه های عمودی کمک کنند.
از آنجا که آب قنات اغلب برای مصارف خانگی مورد استفاده قرار می گیرد، همچنین می تواند بیماری ها را حمل کند. با ساخت یک مخزن ذخیره یا اتاق(فضا) در یک مکان در میان کانال اصلی، می توانیم آب خانگی داخلی را از آب اصلی جدا کنیم. با این حال، کیفیت آب قنات باید تحت نظارت و کنترل قرار گیرد.
مرکز آب لندن، یک مثال خوب برای استفاده از تکنولوژی قنات در مدیریت مدرن تامین آب
مرکز آب لندن ، نمونه خوبی از کسب(استفاده) دانش کهن از ایده قنات به مدیریت مدرن آب است.این سیستم از انرژی پمپ استفاده نمی‌کند، فقط جاذبه این کار را انجام میدهد و با این کار در انرژی و پول صرفه جویی میکند.
جریان از طریق لوله اصلی پمپ نمی‌شود بلکه به جای آن با نیروی گرانش در زیر قسمت بالای مخازن در محل منبع آب کار میکند.با توجه به عمق آن خط لوله تحت فشار است، با این حال، سطح خط هیدرولیکی به ندرت از سطح زمین فراتر می رود و برای وارد شدن به منبع آب باید در قسمت های توزیع در چاه های عمودی مختلف پمپاژ آب به بیرون شود.در برخی موارد، حلقه اصلی را می توان به عنوان یک مخزن (حتی با ظرفیت ناچیز) محسوب کرد که از آن در صورت نیاز استفاده شود.برای نیروی گرانش مورد نیاز تونل باید پر از آب باشد.حلقه اولیه بین سال‌های ۱۹۸۸ و ۱۹۹۳ ساخته شده‌است.برنامه‌هایی برای توسعه بیشتر تا سال ۲۰۲۵ وجود دارد.
نتیجه گیری
قنات یک سیستم مدیریت آب باستانی است که برای تامین منابع آب برای سکونت‌گاه‌های انسانی و برای آبیاری در مناطق خشک و نیمه‌خشک استفاده میشود.سیستم قنات یک شاهکار آسیایی(ایرانی) برای سازگاری با تغییرات اقلیمی است.با این حال، این یک سیستم تامین آب سنتی است که نیاز به حفاظت و تصفیه دارد.با پیشرفت تکنولوژی، چاه های ساده به جای قنات ها استفاده می شوند و به این ترتیب کار قنات ها متوقف شده است. ما نیازی به ساخت قنات های جدید نداریم، ما فقط باید آنها را حفظ و بازسازی کنیم.
این مطالعه تاریخ قنات ها را تجزیه و تحلیل میکند و مزایای این سیستم توزیع آب زیرزمینی را مشخص میکند و دلیل آن را نیز ذکر میکند و همچنین دلایل رها شدن قنات ها را بررسی میکند.این مطالعه همچنین با استفاده از مواد جدید و تکنیک های زمین شناسی مدرن، روش های فنی را برای اصلاح قنات پیشنهاد می دهد.انتظار می رود روش های پیشنهادی در این مطالعه به بازسازی و بازسازی سیستم قنات کمک کند.
ترکیب و کارگیری روش های علمی مدرن با اطلاعات سنتی ، نیاز به تحقیق، آموزش و حمایت مناسب دارد.قنات می تواند به عنوان منابع آموزشی برای دانش آموزان، تکنسین ها، متخصصان و محققان و همچنین عموم مردم مورد استفاده قرار گیرد.
منابع:
- Goltz MN, Kim S, Yoon H, Park JReview of groundwater contaminant mass flux measurement. Environ. Eng. Res. 2007;12:176–۱۹۳٫
Salih AQanats a unique groundwater management tool in Arid regions: the case of Bam region in Iran. In : Ragone SE, Bergkamp GJ, McKay JM, editorsThe global importance of groundwater in the 21st century: proceedings of the International Symposium on Groundwater Sustainability; 2006 Jan 24–۲۷; Alicante, Spain. p. 79–۸۷٫
Smith AExplorations in Persia: blind white fish in Persia. New York: E. P. Dutton; 1953.
Semsar Yazdi AAA survey of the historical evolution of Qanats in Iran. In : Water and Development Information for Arid London-A Global Network (G-WADI) meeting on water harvesting; 2006 Nov 20–۲۲; Aleppo, Syria. p. 43–۴۷٫
Fair MG, Geyer CJ, Okun ADWater and wastewater engineering. 1:Water supply and wastewater removal. New York: John Wily & Sons Inc; 1966.
Miller FP, Vandome AF, McBrewster JAqueduct: Qanat, Roman aqueduct, drought, earthquake engineering, goldfields water supply scheme, irrigation, leat, list of Roman bridges, pipeline transport of ancient Rome Roman engineering. Beau-Bassin Rose-Hill: Alphascript Publishing; 2009.
Afkhami AADisease and water supply: the case of cholera in 19th century Iran. Bull. Yale School For. Environ. Stud. 1998;103206–۲۲۰٫
Benoit JUnderpassing of Angel Underground by London ring main extension tunnel. Int. J. Geoeng. Case Hist. 2011;2:105–۱۲۶٫
3 دیدگاه On قنات : بررسی دانش باستانی و پیشنهادات برای مدیریت آینده آب
بد نبود.
بسیار نکو و کاربردی بود (دست کم برای من) و البته راهکار هم داده شده بود.
سلامت باشید