ابداع و تاریخچه قنات

     در عصر جدید، بشر برای تامین سلاح به جمع آوری سنگهایی نظیر سیلیکس و چخماق از بستر رودخانه می پرداخت. با ظهور عصر نوسنگی و رواج کشاورزی و دامداری نیاز برای سنگهای مزبور افزایش یافت. به این ترتیب بشر اولیه برای تامین نیازش به جستجو در عمق زمین و کشف معادن پرداخت. با گذشت زمان و افزایش جمعیت، بشر به اهمیت تقسیم کار پی برد و به این ترتیب اولین معدنچیان پا به عرصه وجود گذاشتند. با گسترش معدن به تدریج تکنیکهای معدنچیان تکامل یافت و آنها ضمن کشف و استخراج معادن به ابداع روشهای اندازه گیری توپوگرافی زیرزمینی پرداختند. یکی از بزرگترین موانعی که بر سر راه معدنچیان وجود داشت وجود آبهای زیرزمینی در معادن بود و همین امر آنها را به جستجوی روشی برای استخراج آب اضافی معادن و پایین آوردن سطح آب زیرزمینی واداشت. سرانجام معدنچیان با ایجاد دهلیزهای زیرزمینی با شیبی کمتر از شیب سطح زمین موفق به خارج کردن آب اضافی شدند. پس از ایجاد قنات اولیه توسط معدنچیان آب حاصل به شکل استخر یا برکه در پای کوهپایه ها جمع شد. به علت فراوانی منابع آب ریشه حفر قنات به قرنها قبل از عصر اگوست بازمی گردد یعنی در اواخر هزاره سوم اوایل هزاره قبل از میلاد مسیح یعنی زمانی که ایرانیان برای استخراج معادن مس واقع در کوهپایه های دامنه زاگرس، با مشکل آبهای اضافی در معادن مواجه بودند. بعدها با افزایش جمعیت و مهاجرت مهاجران اروپایی و هندی به ایران، اقوام مهاجر در اواخر هزاره دوم قبل از میلاد مسیح مجبور به استفاده از فاضلاب ناشی از معادن به منظور کشاورزی شدند. به این ترتیب ایرانیان نخستین، اولین کسانی بودند که به منظور کشاورزی و استفاده از آب قنات در کوهپایه سکنی گزیدند. به این ترتیب قنات به صورت بسته و گریخته در نقاط معدودی از فلات ایران ایجاد شد و در حدود 5 قرن به همین روال گذشت. هخامنشیان به یاری قنات به ایجاد شهرهای باشکوهی چون اکباتان (همدان)، پاسارگاد، تخت جمشید، ری و .... پرداختند. قدرت مرکزی در امپراتوری هخامنشی توسعه قنات و رواج کشاورزی را مهمترین برنامه خود قرار داد و با اعطای حق بهره برداری از زمینهای بایر بدون پرداخت هیچ گونه وجهی، برای حداقل نسل به کسانی که در این زمینها قنات می ساختند، مردم را تشویق به حفر قنات و کشاورزی می نمودند. به این ترتیب قناتها، زیربنای تکنیکی، اقتصادی، جمعیتی در امپراتوری هخامنشی بودند و موجب دوام و توسعه این امپراتوری بزرگ شدند. با روی کار آمدن ساسانیان و از سرگیری زندگی یکجانشینی دوباره قنات مورد توجه قرار گرفت و دوباره قنات مبنای توسعه شهرهای ساسانی قرار گرفت و تا حدودی خسارات ناشی از حکومت اسکندریان جبران گشت اما در این دوره قنات نتوانست همچون دوره هخامنشان توسعه یابد و آثار کم توجهی اسکندریان در عدم رشد قنات نمایان بود. سرانجام با روی کار آمدن نظام پهلوی و توجه به تمایلات این رژیم بر مدرنیزه کردن تجهیزات کشور از جمله در زمینه آب، کشور به سوی فنون جدید روی آورد و از سیاست سد سازی برای تامین آب و انرژی شهرها استفاده کرد. اما به زودی بعضی الزامات جغرافیایی ثابت کرد که نمی توان از مزایای فنون قدیم چشم پوشی کرد. در واقع واحدهای بهره برداری از آبهای زیرزمینی در ایران با توجه به ضعف پوشش گیاهی بیشتر برای نفوذ آب به داخل زمین مناسب است تا جاری شدن بر سطح زمین و پر کردن         دریاچه های پشت سدها. به علاوه آب این منابع بر خلاف دریاچه های پشت سدها تبخیر        نمی شدند و ثابت کرد که هنوز هم وجود قنات برای کشور لازم است. به این ترتیب هنوز زمان مرگ قنات در ایران فرا نرسیده است و همیشه امکان بهره برداری از این منابع عظیم زیرزمینی وجود دارد. این منابع آب مدتهای زیادی پس از اینکه معادن نفت به پایان رسیده باشند باز هم وجود خواهند داشت و از آنجا که ایران کشوری کم آب است این منابع ثروتی محصوب می شوند.

تعریف قنات

      قنات مجموعه ای است از چند میله و یک یا چند کوره با شیبی کمتر از شیب سطح زمین، آب موجود در لایه آبدار مناطق مرتفع مثل رودخانه ها، مرداب ها و برکه ها را به کمک نیروهای ثقل زمین و بدون کاربرد نیروی کشش و هیچ نوع انرژی الکتریکی یا حرارتی یا جریان طبیعی جمع آوری می کند و به نقاط پست و کم ارتفاع می رساند. به عبارت دیگر قنات را می توان نوعی زهکش زیرزمینی دانست که آب جمع آور شده توسط این زه کش به سطح زمین آورده می شود و به مصرف آبیاری می رسد. همچنین چاههای نیمه عمیق که در کف با یک شعای خاص عریض   می شوند و بوسیله پمپ آب از آنها خارج می شوند حالت خاصی از قنات است که پمپ به جای خشکه کار وظیفه به سطح آوردن آب را انجام می دهد. علاقه امیر کبیر به حدی به قنات زیاد بوده است که تاریخ نگاران نوشته اند: روزی کارگری از او پرسید: چرا پول کشور را صرف قنات         می کنی؟ و او در پاسخ گفت: اگر این قناتها برای ما آب ندارد برای تو و خانواده ات که نان دارد.    

شناسایی آبهای زیرزمینی

الف) شناخت آبهای زیرزمینی از طریق شناخت منطقه

ب) شناخت آبهای زیرزمینی با توجه به پوشش گیاهی و وجود جانوران یا پرواز حشرات.

ج) شناخت آبهای زیرزمینی از روی رنگ و شکل زمین.

د) شناخت آبهای زیرزمینی با استفاده از روشهای جدید.

     شناخت آبهای زیرزمینی از طریق شناخت منطقه: معمولاً در مناطق مرتفعی که به صورت چشمه یا مانداب مشاهده می شود سطح آب زیرزمینی بالاست، از این رو مقدر به یافتن چنین مناطقی می پردازد. البته به نظر می رسد اندیشه و حرفه ابداع قناتهای اولیه از چشمه ها نشأت گرفته باشد زیرا با فرارسیدن خشکسالی و پایین آمدن سطح آبهای زیرزمینی، بشر برای یافتن آب در حمل چشمه های خشکیده زمین را حفر کرده است. همچنین پس از رسیدن به آب، بوسیله یک کانال کوچک و در مسیر شیب زمین آن را به طرف سطح هدایت می کرده است.

مشخص نمودن مسیر قنات در زیر و روی زمین

     پس از محاسبه شیب مناسب به آشکارسازی مسیر قنات در سطح می پردازند. هر چند نزدیکترین مسیر مستقیم بین مادرچاه و مظهر است اما در برخی موارد به علت طبیعی یا قضایی مجبور به تعیین مسیر دیگری می شویم که حتی الامکان سعی می شود این مسیر به مسیر اصلی نزدیکترین باشد. در ابتدا این دهلیز به صورت درباز است اما به منحنی که به اختلاف سطحی نزدیک به دو متر رسید به مشکلات زیادی مواجه می شوند. زیرا با طولانی شدن تونل هم مسیریابی دشوارتر می شد و هم تنفس به سختی صورت می گرفت و اینکه برای خارج کردن خاک کوره های قنات مسیری طولانی باید طی می شد. همچنین مقنی شیب را به کمک گونیای که با شاقول از سقف آویزان است و یک ضلع آن افقی است، اندازه می گیرد.      

نحوه حفر قنات

     پس از آنکه مقدر حدس زد که در یک منطقه حفر به سفره های آب زیرزمینی می رسد و با حفر چاههایی موسوم به گمانه به ارزشیابی نشانه های یاد شده می پردازد و همان گونه که از نام این چاهها پیداست از چاهها مشخص می کند آیا حدس مقدار صحیح بوده است یا خیر. پس از احداث این چاه و صحت مقدار گمان مقدر به این چاه که در راس قنات قرار دارد مادرچاه گفته  می شود. مادرچاه معمولاً عمیق ترین چاه قنات است. دامنه عمق مادرچاههای ایران معمولاً از سه کیلومتر یا 400 متر ذکر شده است. این چاهها تا زمانی که به آب دائم و لایه غیرقابل نفوذ برسیم ادامه می یابند و بر اساس نظریه دوم این عمق بستگی به بافت خاک کف کوره دارد. مثلاً زمانی که جنس آن رس باشد تا یک متر پایین تر از سطح آبهای زیرزمینی و در صورتیکه شنی باشد تا عمق 50 الی 60 سانتی متر و اگر سنگ باشد تا 20 سانتی متر پایین تر از سطح آب زیرزمینی چاه حفر می شود.

     الف) روش ترازیابی: شروع این روش از این قرار است: در ابتدا به انتهای یک نخ وزنه ای      می بستند و آنرا در چاه گمانه می انداختند سپس در حالی که وزنه در کف چاه قرار داشت نخ را قدری می کشیدند تا به صورت قائم قرار گیرد و بعد نقطه ای از نخ را در راستای سطح زمین در بالای مادرچاه قرار می گرفت را گره می زدند در نتیجه به این صورت عمق مادرچاه عمیق می زند پس نخ دیگر را مرطوب می کردند و محکم می کشیدند تا خوب کش بیاید و بعد یک سر آنرا در سطح گمانه قرار می دادند و سر دیگر آنرا در راستای حفر قنات تا جایی که طول نخ اجازه می داد خوب می کشیدند سپس با قرار دادن یک قطره آب روی نخ سعی می کردند تا نخ به صورت کاملاً افقی قرار گیرد به این صورت که که قطره آب با توجه به قانون جاذبه به سمتی متقابل می شود که پایین تر است به این ترتیب سر آزاد نخ را آنقدر بالا و پایین می کردند تا قطره آب به حالت ساکن قرار می گرفت. پس از تراز شدن نخ فاصله بین سطح زمین و نخ را اندازه گیری می کردند که این فاصله برابر با اختلاف ارتفاع بین سطح زمین در آن نقطه و مادر چاه است. سپس این فاصله را روی نخ اول منتقل می کردند و این کار را آنقدر ادامه می دادند که مجموع این اختلاف ارتفاعات با طول نخ اول برابر شود. بعد مقدار اختلاف ارتفاع ناشی از شیب مربوط به خود کوره یا دهلیز قنات را محاسبه می نمودند و از طریق آن نقطه ای را که اختلاف ارتفاع آن با مادرچاه برابر مجموع زیر می بوده است به دست می آوردند و آنرا به عنوان مظهر قنات مشخص می کردند.

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 و این اساس شیب در قسمت تره کار بین صفر تا چند در هزار قسمت، خشکه کار بین 5/0 در هزار تا چند در هزار گرفته می شود.

     خشکه کار: فاصله بین حمل تقاطع بین کف کوره قنات با سطح ایستایی یا نقطه تا مظهر خشکه کار نام دارد و شامل تمام میله ها و طول کوره در این فاصله است. در برخی منابع (صفی نژاد) خشکه کار را قسمتی از قنات در نظر گرفته اند که در هنگام حفر، خاک آن خشک است.

     تره کار: فاصله بین مادر چاه تا محل تقاطع کف کوره قنات با سطح ایستای تره کار نامیده   می شود. تره کار شامل کوره قنات و میله هایی که در این مسیر قرار گرفته اند می باشد. کف کوره قنات در قسمت تره کار زیر سطح ایستایی قرار گرفته است. به همین علت آب از زمینهای اطراف به دلیل اختلاف ارتفاع در کوره قنات نشت می کند. در اصل تره کار قسمت آبده قنات است از این رو در طول کوره و همچنین ضخامت لایه آبدار در این قسمت از قنات نقش بسیار مهمی در میزان دبی دارند.