قنات چگونه بدون استفاده از پمپ، آب را به جریان می‌اندازد

قنات ایرانی و مقنی (عکس از آرشیو مرکز بین المللی قنات و سازه های تاریخی آبی-ICQHS )

تصور کنید یک فناوری ابداع شود که توانایی استخراج آب های زیرزمینی را بدون استفاده از پمپ، بدون استفاده از انرژی الکتریسته و بدون استفاده ازهیچ سوخت فسیلی را داشته باشد. آیا چنین فناوری‌ای وجود دارد؟ بدون انرژی چگونه می توان آب را از اعماق زمین بیرون کشید؟

پاسخ بله است.

کامل‌تر بگویم، این فناوری ازهزاران سال پیش وجود داشته است. نام آن قنات ایرانی است. قنات یک فناوری بسیارمهم است که ایرانیان باستان برای سیراب کردن سرزمین خشک و کم آبشان آن را ابداع ­کردند. این مال زمانی است که ساکنان آن روز سرزمین های خشک ایران دسترسی به هیچ انرژی الکتریسیته یا فسیلی­ای نداشتند. پس از این فناوری را بکار بردند تا بتوانند بدون استفاده از انرژی، به مناطق بی­آب و خشک، آب برسانند و آنجا را آباد نمایند. این فناوری احتمالا اولین بار حدود سه هزار سال پیش در ایران زاده شد و بعد به کشورهای دیگر همچون چین، کشورهای عربی و سواحل مدیترانه انتقال یافت]1[. این فناوری صرفاً یک یادگاری از گذشته نیست. یونسکو، «قنات ایرانی» را سامانه‌ای باستانی توصیف می‌کند که آب‌های زیرزمینی را استخراج کرده و آن را از طریق تونل‌های زیرزمینی - اغلب در مسافتی به طول چندین کیلومتر- به کمک نیروی گرانش زمین، منتقل می‌سازد. لازم به ذکر است که قنات ایرانی در سال ۲۰۱۶ در فهرست میراث جهانی یونسکو به ثبت رسید]2[. جالب اینکه حتی امروزهم در بعضی از مناطق کشور ایران و بعضی از کشورهای آشنا به این فناوری، قنات را به همان شکل باستانی و بدون استفاده از هیچ انرژی‌ای در حال استفاده هستند.

تصور کنید؛ در یک بیابان خشک و سوزان که هیچ آثار رودخانه زنده یا چشمه جوشانی دیده‌ نمی‌شود، قدم می زنید. ناگهان متوجه می­شوید که در نقطه ای دورتر از شما، آثار یک روستا با درختان سر به هم آورده و سرسبز به چشمتان می‌آید. مگر چنین چیزی می‌شود. فکر می‌کنید خطای چشم است. در این بیابان بی آب و علف چطور چنین روستا آبادی به وجود آمده است؟ وقتی جلوتر می­روید، آن وقت متوجه می‌شویدکه چشم شما اشتباه نکرده است. یک روستا با خانه های روستایی متعدد و باغ ها و اراضی کشاورزی سرسبز، در دل بیابان خشک و لم‌یزرع. در روستا که قدم می‌زنید به یک چشمه جوشان می‌رسید که مظهر آبادانی این روستاست و ساکنین محل به آن مظهر می‌گویند. مظهر قنات، جایی که آب قنات پس از طی مسافتی طولانی از آنجا سر برمی­آورد و مایه طراوت و زندگی می‌شود.

 

شکل 1 – مظهر قنات جهانی حسن­آباد (عکس از آرشیو ICQHS)

 ادامه مظهر را که می روید به چاه‌های کم عمق و پشت سرهم برخورد می‌­کنید که با یک خط سیر مشخص از روستا خارج می شود و به دل بیابان می‌رود. این همان قنات است. 

 

شکل 2- نمای هوایی از مسیر چندین قنات در دل بیابان (عکس از آرشیو ICQHS)

چگونه یک قنات به طور واقعی کار می­کند؟

 

یک سیستم قنات، شامل یک یا چند مادرچاه است که به سفره آب زیرزمینی می‌رسد، یک سری چاه‌های عمودی در امتداد تونل زیرزمینی و یک تونل با شیب ملایم که از طریق آن آب توسط نیروی جاذبه به سمت خروجی یا مظهر جریان می‌یابد]3[.

در حقیقت قنات با استفاده از یک دالان زیرزمینی و تعدادی میله که سطح زمین را به این دالان وصل می­کند تشکیل شده است. این میله­های‌ در بالادست، نقش تامین آب قنات را برعهده دارند و در طول مسیر به عنوان مسیر دسترسی به دالان قنات، در زمان حفر قنات و در زمان بهره‌برداری از آنها استفاده می‌شود.

شکل 3- طرح­واره یک قنات ]4[.

معمولا مناطق کوهستانی، به دلیل قرارداشتن در مجاورت کوه‌های مرتفع، بارش بیشتری را دریافت می‌دارند. در نتیجه منابع آب‌های زیرزمینی در این مناطق غنی‌تر و پایدارتر است. ولیکن به دو دلیل، در گذشته امکان استفاده از منابع آب زیرزمینی در این مناطق وجود نداشته است؛ اول اینکه انرژی لازم برای استخراج آب از اعماق زمین در دسترس نبوده یا اگر هم وجود داشته بسیارگرانقیمت بوده است و دوم اینکه در این مناطق، زمین پهناور و مستعد کشت کمتر وجود داشته است. در نتیجه ترجیح می‌داده‌اند، آب منابع آب زیرزمینی در این مناطق را به سمت دشت‌های حاصل‌خیز پایین‌دست هدایت نمایند.

چگونه؟ با استفاده از همین فناوری قنات.

طراحی قنات مستلزم محاسبات دقیق سطح، شیب و طول آن بود؛ مهارت‌هایی که به‌طور سنتی توسط نسل‌های متمادی از مقنی‌های خبره شکل گرفته و سینه به سینه منتقل می‌شد]5[.

 

شکل 4- مقنی­های در حال کار با یک چرخ چاه قدیمی (عکس از آرشیو ICQHS)

  قنات معمولا از جایی شروع می‌شود که منابع آب زیرزمینی غنی­ای دارد. اینکه کدام منطقه را باید انتخاب کرد که آب زیرزمینی مناسبی داشته باشد به تجربه و دانش مقنی برمی‌گشته است. مقنی استادکار احداث قنات است. در گذشته یک مقنی با تجربه، با نگاه کردن به وضعیت منطقه، نوع خاک و رنگ کوه‌ها و گیاهان خودرویی که در آن منطقه روییده بودند متوجه می‌شد که احتمالا در آن منطقه آب زیرزمینی مناسبی وجود دارد یاخیر]6[. اما این تجربه به تنهایی کافی نبود.

بعد ازآن، مقنی برای اطمینان پیدا کردن از تشخیص اولیه، یک یا چند گمانه حفر می­کرد تا هم از کمیت آب زیرزمینی در منطقه آگاه شود و هم از کیفیت آب آن اطلاع یابد]7[ . سپس یک یا چند تا از این گمانه‌ها تبدیل به چاه می‌شد و چون این چاه‌ها آبدار بودند به عنوان مادرچاه قنات در نظرگرفته می‌شدند. حال باید با حفردالانی از زیرزمین آب داخل این مادر چاه به سمت محلی که آب را نیاز داشتند هدایت می‌کردند. برای این کار نیاز به انجام محاسبات دقیقی بود. مقنی باید با در نظرگرفتن شیب طبیعی زمین و نقطه­ای که می­خواستند محل روی آمدن آب قنات باشد(مظهر)، شیب دالان را در طول مسیر به گونه­ای تعیین می­کرد تا قنات در منطقه هدف به سطح زمین برسد. این موضوع، مهمترین و فنی­ترین بخش احداث یک قنات بود. برای در نظر گرفتن شیب دالان هم البته محدودیت هایی وجود داشت. از جمله اینکه اگر شیب را خیلی زیاد در نظرمی­گرفتند ممکن بود سرعت آب زیاد شود و موجب آب شستگی و فرسایش دائم قنات شود و در نتیجه عمر قنات کوتاه می شد. اگر شیب را هم خیلی کم می گرفتند آب سرعت لازم را نمی­گرفت و در نتیجه رسوب گذاری آب در طول دالان قنات خیلی زیاد می شد و سبب گرفتگی و رسوب­گذاری دائم قنات می­گشت]4[.

 منابع مربوط به مهندسی قنات، شیب تونل‌ها را در محدوده ۰٫۳ تا ۰٫۵ درصد گزارش می‌کنند که نشان‌دهنده تعادلی میان فرسایش بیش‌ازحد و انباشت رسوبات است. این تعادل ظریف میان فرسایش و رسوب‌گذاری، یکی از اصول مهندسی شگفت‌انگیزِ نهفته در ساخت قنات محسوب می‌شود]8[.

 

شکل 5 – یک مقنی در حال حفر تونل و رسیدن به مادرچاه ]9[.

موتور نامرئی: گرانش زمین

 پس تا اینجا متوجه شدیم که برای انتقال آب از مناطق کوهپایه ای با منابع آب غنی­تر به مناطق دشتی با زمین­های پهناورتر و مستعدتری برای اسکان و کشاورزی، از فناوری قنات استفاده می­کرده­اند.

اما واقعا نیروی محرکه این فناوری چه بوده است؟

پاسخ؛ نیروی گرانش زمین، یعنی رایگان­ترین و دردسترس ترین انرژی که تاکنون بشردراختیار داشته است.

 هوشمندی این فناوری در اینجاست که به جای مقابله با انرژی گرانش زمین، با آن کار می­کند. آن را رام می­کند و درخدمت خویش در می­آورد. به همین دلیل، قنات یک فناوری زیرزمینی است. چرا که بایستی در ابتدا به منبع آب زیرزمینی دسترسی داشته باشد و بعد به تدریج و با شیب ملایم، طی یک مسافت حساب شده، آب را به سطح زمین بیاورد.

 اما موضوع جالب دیگر اینکه؛ همین زیرزمینی بودن فناوری قنات، باعث شده است که آب به دست­آمده، کمترین تبخیر را داشته باشد]10[. این موضوع برای مناطق کویری بسیارحیاتی و موثر است. مناطقی­که روزهای طولانی و آفتاب گرم و سوزانی دارد و میزان تبخیر تا 4000 میلیمتر در سال هم گزارش می­شود و بارش سالیانه کمتر از 100 میلیمتر است که حتی می­تواند تا 25 میلیمتر در سال هم کاهش یابد. در مناطق بیابانی که مهمترین عامل هدررفت آب، تبخیروتعرق است، انتقال آب از زیرزمین می­تواند به شکل چشم­گیری به حفاظت از منابع آب کمک نماید. در حقیقت می­توان چنین نتیجه گرفت که بیشتر مواقع، بهترین راه انتقال آب در کویر، زیر کویر است.

فناوریی که سرجنگ با آبخوان ندارد

 

از مهمترین کارکرد­های دیگرقنات این است که این فناوری هیچ­گاه بیش از ظرفیت آبخوان، منابع آب را استخراج نمی­نماید و آبخوان را ناپایدار نمی­نماید. بیماری­ای که امروزه، اکثر دشت های حاصل­خیزدنیا با آن دست و پنجه نرم می­کنند. چرا که قنات، برای استحصال آب، متکی به یک نیروی خارجی نیست. آبدهی قنات وابسته به شزایظ هیدرولیکی آبخوان، اختلاف تراز و هندسه و شیب دالان قنات است. از نظر تاریخی، این امر موجب می‌شد تا قنات‌ها به مثابه‌ی سامانه‌های آب زیرزمینیِ مبتنی بر نیروی گرانش عمل کنند که پیوندی تنگاتنگ با شرایط طبیعیِ آبخوان داشتند. این منطق، با منطق چاه­های عمیق امروزی کاملا متفاوت است. در این چاه­ها، آب را با استفاده از موتورپمپ­های قوی و با کمک انرژی الکتریسته یا انرژی­های فسیلی، در خلاف جهت نیروی گرانشی زمین، بالا می­کشند. که این به معنی تحمیل فشار بر آبخوان است. یونسکو تأکید می‌کند که نظام سنتی قنات، پشتیبان سکونتگاه‌ها و کشاورزی بوده و مدیریت سنتیِ مبتنی بر مشارکت جمعی، به سهیم‌شدن و توزیع عادلانه و پایدار آب کمک کرده است ]2[.

اما نباید به این فناوری یک نگاه صرفا احساسی داشته باشیم. ما باید این حقیقت را باید در نظر داشته باشیم که قنات، در مقابل افت سطح آب­های زیرمینی، ایمن نیست و همین دلیل خشک شدن بسیاری از قنات­های کشور در 70 سال اخیر بوده است. اگر سطح آب زیرزمینی پایین بیفتد، به طوری­که مادرچاه بی­آب شود، آن وقت قنات دیگر آبی برای انتقال ندارد. این موضوع در دوره قناتی هم، بخصوص در سال­های خشک، زیاد رخ می­داده است و به همین دلیل مالکین و مقنی­هاف همیشه در حال کارکردن روی قنات بوده اند تا بتوانند جریان دائمی آب از قنات را تضمین نمایند. ضرب­المثل معروفی بین بعضی از مقنی­ها هست که می­گویند آب سرکلنگ است. یعنی آنها معتقد بودند تا زمانی که کلنگ مقنی در داخل قنات کارکند، آب هم در قنات جاری است. ولی پمپ‌های مدرن می‌توانند با استفاده از انرژی خارجی، آب‌های زیرزمینی را استخراج کنند و به انسان‌ها اجازه دهند بر محدودیت‌های هیدرولیکی و تکنولوژیکی که در طول تاریخ؛ سرعت، عمق و محدوه مکانی برداشت آب‌های زیرزمینی را محدود می‌کردند، غلبه کنند]11[.  نتیجه اینکه؛ گسترش سریع پمپاژ مکانیزه، بهره‌برداری از آب‌های زیرزمینی را در سراسر جهان به‌شدت افزایش داده است، اما در بسیاری از مناطق، به تخلیه منابع آب زیرزمینی و پیامدهای زیست‌محیطی ناشی از آن نیز دامن زده است]12 و 13[. 

 قنات تلاش نمی­کند که بر نیروی طبیعت غلبه نماید. این رویکرد نمایانگر فلسفه­ای تقریبا متضاد با منش چاه­های پمپ­دار دارد؛ به جای استفاده از انرژی بیرونی برای استخراج بیشتر آب با تحمیل فشار بیشتر، براساس شرایط هیدرولیکی طبیعی آبخوان عمل می­کند و از آنجا که قنات چیزی جز نیروی طبیعت را بکار نمی­گیرد در نتیجه با نیروی طبیعت نمی­توان به جنگ خود طبیعت رفت.

آنچه که قنات واقعا به ما یاد می­دهد.

 

اینجاست که فناوری باستانی قنات، از یک دستاورد جالب در تاریخ مهندسی فراتر می‌رود و به درسی ارزشمند برای ما تبدیل می‌شود.

فرانسیس بیکن در کتاب ارغنون نو (1620) می­‌نویسد؛ «برای فرمان راندن بر طبیعت، نخست باید از آن فرمان برد»]14[. قنات به‌خوبی و به شکلی چشم­‌گیر، تجسم‌بخش این اندیشه است.

مهندسان قنات تلاش نکردند آب را برخلاف نیروی گرانش به سمت بالا برانند. آن‌ها زمین را مطالعه کردند، وضعیت آب‌های زیرزمینی را شناختند، عمق مناسب را یافتند و شیبی ملایم و حساب‌شده طراحی کردند. سپس کار را به نیروی گرانش سپردند. سه هزار سال پیش، سازندگان قنات در ایران، یکی از نیروهای بنیادین طبیعت را به سامانه‌ای برای انتقال آب تبدیل کردند. آن‌ها ماشینی نساختند تا بر نیروی گرانش غلبه کند؛ بلکه سامانه‌ای ساختند که به نیروی گرانش اجازه می‌داد کار خود را انجام دهد.

 

 

·       نسخه انگلیسی این مقاله با اندکی تغییر در سایت:

 https://medium.com/age-of-awareness/how-qanats-move-groundwater-without-pumps-aa0957a1cedb?sharedUserId=m.javadian