آنچه در صفحات + + پیشگفته شد مروری بود بر نقش و اهمیت کاریز (قنات)، چگونگی پیدایش این فناوری درخشان توسط مردمان فلات ایران و تاریخچه توسعه کاریز (قنات) یا شاهکار مهندسی سازههای آبی که باعث شکوفایی سرزمینهای خشک فلات ایران و بعدها سایر نقاط دور و نزدیک گشت و در ادامه + مقدمهای گفته شد که چگونه محل مناسبی برای ایجاد کاریز به دست میآید و به توضیح نحوه حفر کاریز و چگونگی پیدا نمودن بهترین نقطه برای حفر آن پرداخته شد.
در این گفتار به چگونگی حفر کاریز پرداخته میشود.
نحوه حفر کاریز (قنات):
پسازآنکه مقنی حدس زد که در یک منطقه در صورت حفر به سفره آب زیرزمینی میرسد با حفر چاههایی موسوم به «گمانه» به ارزشیابی نشانههای یادشده میپردازد و همانگونه که از نام این چاهها پیداست این چاهها مشخص میکنند آیا حدس مقدر صحیح بوده است یا خیر. پس از احداث این چاه و صحت گمان مقدر به این چاه که در رأس کاریز (قنات) قرار دارد «مادر چاه» گفته میشود. مادر چاه معمولاً عمیقترین چاه کاریز (قنات) است. دامنهٔ عمق مادر چاههای ایران معمولاً از ۳ متر تا ۴۰۰ متر ذکرشده است. زمانی که مقنی به سقف سفرهٔ آب رسید آب از کف و دیوارههای چاه شروع به تراویدن میکند در این هنگام کارگر مقنی بهسرعت شروع به کندن میکند و قشر خاک را بهاندازه ۲ تا ۳ متر حفر میکند البته این کار با توجه بهسرعت کم تراوش آب امکانپذیر است. پسازآنکه کارگران سر چاه متوجه شدند که گلولای هر چه بیشتر مرطوب میشود آنگاه خود را برای بالا کشیدن همکار خود آماده میکند.
ممکن است کارگر مقنی به طبقه سختی برخورد کند که به نظرش غیرقابل نفوذ بنماید. در این هنگام او بااحتیاط سوراخ کوچکی در طبقه سخت ایجاد میکند تا بررسی کند که آیا آب در زیر این طبقه تحتفشار است یا نه؛ اما این احتمالی نادرست است زیرا ماهیت رسوبات آبرفتی کوهپایهها با تشکیل چنین طبقهای در تضاد است. از سوی دیگر فشار آب در خیلی دورتر یعنی در سمت پایین شیب زیاد خواهد شد، درحالیکه مادر چاه در نزدیکی منطقهٔ نفوذ آب و در ارتفاعاتی نسبتاً زیاد قرارگرفتهاند.
البته در مورد عمق چاههای گمانه دو نظریه متفاوت وجود دارد که بر اساس یکی باید حفر این چاهها تا زمانی که به آب دائم و لایه غیرقابل نفوذ برسیم ادامه مییابد و بر اساس نظریه دوم این عمق بستگی به بافت خاک کف کوره دارد. مثلاً زمانی که جنس آن رس باشد تا یک متر پایینتر از سطح آب زیرزمینی و درصورتیکه شنی باشد تا عمق ۵۰ الی ۶۰ سانتیمتر و اگر سنگ باشد تا ۲۰ سانتیمتر پایینتر از سطح آب زیرزمینی چاه حفر میشود.
هنگامیکه آب در ته چاه پدیدار میشود حفر کوره کاریز (قنات) میتواند آغاز شود. بااینهمه ضروری است چند روزی صبر کرد تا سطح آب در چاه تثبیت شود، چراکه این سطح یکی دادههای مهم برای ادامه عملیات است. پس از حفر مادر چاه مقنی با توجه به عمق و میزان آب آن به بررسی ارزش کاریز (قنات) میپردازد و درصورتیکه حفر آن توجیه اقتصادی داشت حفر کاریز (قنات) به معنای واقعی را آغاز میکند.
پس از حفر گمانه و مشخص شدن مادر چاه دومین مرحلهٔ بزرگ و دشوار حفر کاریز (قنات) یعنی احداث دهلیز از جانب مظهر کاریز (قنات) به سمت مادر چاه پیش روی مقنی قرار میگیرد.
قبل از آنکه محل دقیق ابتدای دهلیز کاریز (قنات) (مظهر) مشخص شود، مقنی مناطقی که این نقطه ممکن است در آن انتخاب شود را با توجه به سطح آب ایستابی در مادر چاه و میزان شیب سطح زمین مشخص میکند (نقاطی را که با سطح آب ایستابی همارتفاع هستند) سپس با توجه به شرایط اقلیمی و حاصلخیزی خاک بهترین نقطه را بهعنوان مظهر کاریز (قنات) انتخاب میکند؛ بنابراین مقنی میبایست به ترازیابی بپردازد. این کار درگذشته به دو روش انجام میگرفته است که ما در اینجا به هر دو روش میپردازیم.
نخست: روش اول ترازیابی
این روش ازاینقرار است که در ابتدا به انتهای یک نخ وزنهای میبستند و آن را در چاه گمانه میانداختند سپس درحالیکه وزنه در کف چاه قرار داشت نخ را قدری میکشیدند تا بهصورت قائم قرار گیرد. بعد نقطهای از نخ را که در راستای سطح زمین در بالای مادر چاه قرار میگرفت را گره میزدند. درنتیجه به این صورت عمق مادر چاه را تخمین میزدند. سپس نخ دیگری را مرطوب میکردند و محکم میکشیدند تا خوب کش بیاید و بعد یکسر آن را درروی زمین در سطح گمانه قرار میدادند و سر دیگر آن را در راستای حفر کاریز (قنات) تا جایی که طول نخ اجازه میداد خوب میکشیدند سپس با قرارداد یک قطره آب روی نخ سعی میکردند تا نخ بهصورت کاملاً افقی قرار گیرد. به این صورت که قطره آب با توجه به قانون جاذبه به سمتی متمایل میشود که پایینتر است بهاینترتیب سر آزاد نخ را آنقدر بالا و پایین میکردند تا قطره آب به حالت ساکن قرار میگرفت.
پس از تراز شدن نخ فاصلهٔ بین سطح زمین و نخ را اندازهگیری میکردند 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 میکردند و این کار را آنقدر ادامه میدادند که مجموع این اختلاف ارتفاعات با طول نخ اول برابر شود. بعد مقدار اختلاف ارتفاع ناشی از شیب مربوط به خود کوره (دهلیز) کاریز (قنات) را محاسبه مینمودند و از طریق آن نقطهای را که اختلاف ارتفاع آن با مادر چاه برابر با مجموع زیر میبوده است را از طریق ترازیابی به دست میآوردند و آن را بهعنوان مظهر کاریز (قنات) مشخص میکردند.
(شیب کوره کاریز)×(فاصله طولی مظهر تا مادر چاه)+طول نخ اول
m×D+Η= h∆
h∆ (برابر با اختلاف ارتفاع بین مظهر و مادر چاه است)
m شیب کوره کاریز (قنات)
D فاصله طولی مظهر تا مادر چاه
H طول نخ اول یا عمق مادر چاه
دوم: روش دوم ترازیابی
ابتدا در این روش همانند روش قبل عمق مادر چاه را به دست میآورند ولی از روش دیگری برای ترازیابی و یافتن مظهر استفاده میشده است.
در این روش از یک لوزی که از چهار قطعه چوب با طولهای برابر ساخته میشده است برای ترازیابی استفاده میکردند. بر اساس یکی از قضایای ریاضی ثابت میشود که اقطار لوزی بر هم عمود هستند. درگذشته از همین اصل برای ترازیابی استفاده میشده است. بهاینترتیب که پس از ساختن یک لوزی بهوسیلهٔ چهار قطعه چوب با طولهای برابر به هر یک از زوایای لوزی حلقهای متصل میکردند. سپس یک شاقول را به یکی از حلقهها میبستند و لوزی را از طریق حلقهٔ مقابل درون مادر چاه آویزان میکردند. در این حالت یکی از اقطار لوزی موازی با راستای شاقول و قطر دیگری موازی با راستای افق و عمود بر قطر دیگر قرار میگرفت. در این حالت چوب صاف و مستقیمی را از قطر دیگر لوزی عبور میدادند و از این وسیله همانند دوربینهای امروزی استفاده میکردند. راستایی را که چوب نشان میداد همان راستای خط تراز است و از طریق آن میتوانستند اختلاف ارتفاع بین نقاط مختلف را به دست آورند. آنها از این طریق مظهر کاریز (قنات) را مشخص میکردند.
تعیین شیب کاریز (قنات)
پس از عملیات ترازیابی و شناخت مظهر کاریز (قنات) سرانجام نوبت به حفر دهلیز میرسد. دهلیز میبایست با یک شیب مناسب از مظهر به سمت مادر چاه حفر گردد. بر اساس تحقیقات انجامشده معمولاً شیب کاریز (قنات) در سراسر طول خود یکسان نیست. غالباً بهمنظور ایجاد سرعت کافی برای جریان آب در کاریز (قنات) و جلوگیری از نفوذ آب در خشکهکار* شیب کاریز (قنات) در این قسمت را کمی بیشتر از قسمت تره کار** ایجاد میکنند. بر این اساس شیب در قسمت تره کار بین صفر تا چند در هزار و در قسمت خشکهکار بین ۵/۰ در هزار تا چند در هزار در نظر گرفته میشود. شیب تندتر از این مقدار موجب خوردگی کف کاریز (قنات) میشود و شیب کمتر از این مقدمات رسوبگذاری را فراهم میکند. از دیگر نکات قابلتوجه در تعیین میزان شیب کف کوره این است که این شیب میبایست کمتر از شیب سطح زمین و بیشتر از شیب سطح ایستابی باشد. در غیر این صورت امکان حفر کاریز (قنات) وجود نخواهد داشت.
*خشکهکار: فاصله بین محل تقاطع کف کوره کاریز (قنات) با سطح ایستابی (نقطهٔ c در شکل ۱-۱) تا مظهر خشکهکار نام دارد و شامل تمام میلهها و طول کوره در این فاصله است. در برخی از منابع (صفی نژاد) خشکهکار را قسمتی از کاریز (قنات) در نظر گرفتهاند که در هنگام حفر خاک آن خشک است.
**تره کار: فاصله بین مادر چاه تا محل تقاطع کف کورهٔ کاریز (قنات) با سطح ایستابی، تره کار نامیده میشود. تره کار شامل کورهٔ کاریز (قنات) و میلههایی که در این مسیر قرارگرفتهاند است. کف کورهٔ کاریز (قنات) در قسمت تره کار زیر سطح ایستابی قرارگرفته است به همین علت آب از زمینهای اطراف به دلیل اختلاف ارتفاع، در کوره کاریز (قنات) نشت میکند. در اصل تره کار قسمت آبده کاریز (قنات) است ازاینرو طول کوره و همچنین ضخامت لایه آبدار در این قسمت از کاریز (قنات) نقش بسیار مهمی در میزان دبی دارند.
ابزار و وسایل جهت حفر کاریز (قنات):
چرخ چاه
چرخ چاه اصلیترین ابزار برای حفر چاه، حفر کاریز (قنات) و لایروبی کاریز (قنات) است زیرا بدون آن امکان کشیدن بار از ته چاه و دل کاریز (قنات) وجود ندارد. چرخ چاه ظاهراً ابزاری ساده است؛ اما ازنظر فنی پیچیدگیهای مهمی دارد. بهخصوص چرخ چاههایی که با آنها میبایست خاک را از چاههای عمیق بالا کشید. چرخ چاه در قدیم تماماً از چوب ساخته میشد اما امروزه بعضی از عناصر آن بهخصوص محور میانی لولهای آهنی است.
طناب، ریسمان
ریسمان یکی از مهمترین ابزار حفر کاریز (قنات) است؛ زیرا کشیدن خاک و در موارد استثنایی مثل موقع خطر بالا کشیدن مقنی بهوسیلهٔ آن انجام میشود، لذا استحکام و وزن ریسمان بسیار مهم است. هر چه عمق بیشتر باشد ریسمان باید ضخیمتر باشد و درنتیجه سنگینتر میگردد. در یک چاه ۳۰۰ متری وزن ریسمان از وزن خاکی که بالا کشیده میشود بیشتر است یک ریسمان ۳۰۰ متری که حداقل ۱۵۰ کیلو وزن دارد حداقل ۳ برابر وزن خاکی است که میشود با آن بالا کشید.
دلو
دلو (که به فتح د و سکون ل و و تلفظ میشود) ظرفی لاستیکی همانند سطل با بدنهای بلندتر از آن است با دستگیرهٔ فلزی که درزهای آن معمولاً بهوسیلهٔ میخ دوختهشده و از وزن زیادی برخوردار است. دلو لاستیکی از تیوپهای بزرگ و یا از لاستیک نازک شدهٔ تراکتور ساخته میشود. معمولاً این دلوهای بزرگ و سنگین برای چاههایی است که با دینام خاک از چاه کشیده میشود. اینگونه دلوهای سنگین در چرخ چاه دستی کاربرد چندانی ندارد.
در قدیم دلو از پوست گوساله یا بز ساخته میشد. دلو پوستی از دلوهای لاستیکی وزن کمتری داشت و کشیدن آن نیز در کف کاریز (قنات) با سهولت بیشتری همراه بود. دلو پوستی یا از ابتدا از پوستهای دباغیشده و آمادهشده ساخته میشد و یا از مشکها و انبانهای کهنه و فرسودهای بود که دوباره مورداستفاده قرار میگرفت. دهانهٔ دلو گشاد بوده و برای باز نگاهداشتن آن از چوب انار، یک حلقهٔ دایره، معروف به چنبره ساخته میشد و در جوف دهانه قرار میگرفت. به دو سمت دهانه نیز دو سر طناب کوتاهی بسته میشد که نقش دستهٔ دلو را داشته و در وقت نقلوانتقال آن مورداستفاده قرار میگرفت.
کلنگ و بیلچه
این دو ابزار ازجمله وسایل ضروری مقنیان است. بیلچه در همه حال تقریباً یکسان است اما نوع کلنگ بهتناسب فضای کار و جنس خاک فرق میکند. در اوایل کار و جهت کندن خاکهای سست، کلنگ سبک آهنی کارساز است؛ اما زمانی که مقنی بخواهد در لایههای سفت و محکم مثل کنگلومرا کار کند یا تونلی را از رسوبات آهکی معروف به تورس عبور دهد نیاز به کلنگ فولادی و سنگین دارد تا نوک یا نیش کلنگ خم نشود و وزن زیاد کلنگ باعث وارد آمدن ضربهای محکم شود. در بعضی موارد کلنگ بهتنهایی کارساز نیست بلکه به قلم و پتک نیز نیاز است و آن هنگامی است که بخواهند در میان سنگ یا لایههای بسیار محکم و متراکم پیش بروند. بیلچه هم دارای دستهٔ کوتاه چوبی است و تنهٔ اصلی آهنی بیلچه هم کوچکتر از بیلهای معمولی است. بیلچه دم کار مقنی معمولی است اما هرگاه دلو کش بخواهد مقدار زیادی خاک را از دم کار عقب بکشد ترجیح میدهد که از کجبیل استفاده کند. تفاوت کجبیل و بیل معمولی در این است که بدنهٔ کجبیل از ناحیهٔ شانه برگشته و نسبت به امتداد دسته نزدیک به نود درجه انحنا دارد. کجبیل نیز دارای دستهٔ کوتاه است.
چراغ
معمولاً داخل کاریز (قنات) تاریک است و نقش چراغ بسیار تعیینکننده است درگذشتههای دور برای روشنایی کورهها و داخل چاه کاریز (قنات) از چراغ روغنی یا پیهسوز استفاده میکردند و برای پیشگیری از دم گرفتگی در آنها روغن منداب میریختند. البته از پیه هم میتوانستند استفاده کنند اما مقنیها روغن منداب را بر پیه ترجیح میدادند، زیرا بو و دم گرفتگی بسیار کمتری داشت. چراغ روغنی یا پیهسوز سفالی بود و ظاهری گلابیشکل داشت که به دنبال آن دستهای تعبیهشده بود. روغن را در مخزن آن میریختند و از پنبهٔ آبندیده فتیلهای میپیچیدند و در آن قرار میدادند و سر فتیله را بر روی زائدهٔ ناودانی شکل میگذاشتند و آن را شعلهور میکردند. روغن بهمرور جذب فتیله شده در سر فتیله با نور زردرنگی میسوخت.
حفر کاریز (قنات) با استفاده از امکانات جدید
با توجه به هزینهٔ زیاد و وقتگیر بودن حفر کاریز (قنات) در شرایط کنونی لازم است که احداث کاریز (قنات) مکانیزه شود. برای تحقق این امر باید میلهها را بهوسیلهٔ ماشینآلات حفاری و کوره را بهوسیلهٔ بیلهای مکانیکی و دستی و سایر وسایل حفر کرد. همچنین باید خاک کوره را بهوسیلهٔ سیستم ریلگذاری بیرون برد و جهات و ارتفاعات را باید از طریق اصول فنی و نقشهبرداری تعیین کرد. ضمناً تأمین محیط امن و بهداشتی (روشنایی و تهویه مناسب) با استفاده از آخرین دستاوردهای فنی ضروری است. همچنین لازم است مطالعات کاملی درزمینهٔ استفاده از وسایل مکانیکی و ماشینآلات بهمنظور تسریع در فن حفاری کاریز (قنات) صورت گیرد. فیلسوفی در حدود سال ۱۳۳۵ عنوان میکند که با استفاده از وسایل مکانیکی جدید حفر قنواتی که قبلاً ۲۰ تا ۳۰ سال طول میکشید در کمتر از یک سال خاتمه مییابد. در زیر بهصورت اختصار به امکاناتی که جدیداً برای حفر کاریز (قنات) استفاده میشود اشاره میکنیم.
مقنیان امروزه برای تعیین مظهر با استفاده از دوربینهای نقشهبرداری و قطبنما کار ترازیابی را سرعت بخشیدهاند. همچنین امروزه با استفاده از کمپرسور و متههای حفاری میتوان حفر میله و کوره را بهسرعت انجام داد. مته طوری طراحیشده است که اگر کلنگدار شاسی مته را فشار دهد؛ هوای فشردهشده در پشت مته؛ سوزن مته را به لرزش درمیآورد. با قرارداد مته درروی زمین یا جدار چاه و زمین؛ هنگام کندن میله یا کوره؛ سوزن مته عمل حفاری را انجام میدهد. در ضمن میتوان با استفاده از یک کمپرسور و ۲ تا ۳ مته بهصورت همزمان عمل حفاری را در چند نقطه انجام داد.
چند نمونه از کاریز (قنات)های ایران
در حال حاضر عمیقترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) قصبهٔ گناباد است با حدود ۳۴۰ متر عمق مادر چاه آن و طولانیترین کاریز (قنات) در منطقهٔ یزد قرار دارد با طول ۱۰۰ کیلومتر. کاریز (قنات) قصبهٔ گناباد پیشینهٔ تاریخی ۲۵۰۰ ساله دارد و بیش از دو هزار هکتار از اراضی کشاورزان این شهرستان را بهصورت سنتی آبیاری میکند. در کاریز (قنات) قصبه با ۳۳۱۳۳ متر طول، ۳۴۰ متر عمق و ۴۷۰ حلقه چاه که در دوران هخامنشیان و یا قبل از آن حفرشده است با یک محاسبهٔ سرانگشتی میتوان گفت ۵۶ هزار تن خاک و سنگ برای حفر مادر چاه و چاههای عمودی اتصالی و کانال افقی سرتاسری توسط کارگران و مقنیان جابهجاشده است و جابهجایی این حجم خاک بدون تردید کمتر از عظمت اهرام مصر نیست. کاریز (قنات) قصبه بهعنوان عمیقترین کاریز (قنات) دنیا، میراث فرهنگی و تمدنی عظیمی است و بدون شک یکی از عجایب تمدن بشری به شمار میرود. کاریز (قنات) قصبه ازنظر طولی (۶۰ کیلومتر) دومین کاریز (قنات) ایران بعد از کاریز (قنات) زارچ یزد محسوب میشود و پرآبترین کاریز (قنات) منطقهٔ کویری است.
پرآبترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) اکبرآباد فسا است و قدیمیترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) ابراهیمآباد اراک است و عجیبترین کاریز (قنات) ایران، کاریز (قنات) دوطبقهٔ مون اردستان است که حدود ۸۰۰ سال پیش احداثشده است. این کاریز (قنات) چاههای مشترک ولی مادر چاهها و مظهر متفاوت دارد. کاریز (قنات)های تهران و ری که دشت ورامین را آبیاری میکردند تا ۳۰ سال قبل جزء پرآبترین کاریز (قنات)های دنیا بودند ولی در ۲۰ سال گذشته به دلیل تخریب مادر چاهها و عدم لایروبی از رونق افتادهاند. تاریخ حفر این کاریز (قنات)ها به دورهٔ صفوی و قاجاریه برمیگردد. در تهران حدود ۳۰۰ کاریز (قنات) وجود دارد که بعضی از آنها یکدیگر را بهصورت ضربدری قطع میکنند کاریز (قنات)های تهران در منطقهٔ محمودآباد به دلیل خاکبرداریهای زیاد کورهپز خانهها و به دلیل عمق کم، بهصورت روباز مسیر خود را تا ورامین ادامه میدهند. یکی دیگر از کاریز (قنات)های جالب و قدیمی ایران کاریز (قنات) کیش است که در سال ۱۳۷۱ کشف شد. کاریز (قنات) دوهزارساله کیش با شهر زیرزمینی ساختهشده در آن از مکانهای دیدنی کیش است. در مسیر این کاریز (قنات)، چاههایی به چشم میخورد که درگذشته برای لایروبی کاریز (قنات) حفرشده بود. تاکنون ۲۰۰ حلقه از این چاهها در مسیر کاریز (قنات) شناساییشده است که فاصلهٔ هرکدام از یکدیگر به ۱۴ تا ۱۶ متر میرسد. سقف کاریز (قنات) را لایههای مرجانی به ضخامت ۲ تا ۱۵ متر و لایههای زیرین کاریز (قنات) را خاک نفوذناپذیر مارنی تشکیل میدهد که این خاصیت باعث شده است تا آب باران پس از نفوذ از لایههای مرجانی در عمق نفوذناپذیر زمین تشکیل سفرههای آب زیرزمینی را بدهد. چهار کیلومتر از مسیر این کاریز (قنات) تاکنون حفاری و لایروبی شده است و هماکنون در عمق ۱۵ متری این کاریز (قنات) شهری زیرزمینی با کاربری سیاحتی و تجاری در حال ساخت و تکمیل است.
در حال حاضر در ایران حدود ۴۰۰۰۰ کاریز (قنات) به طول ۲۷۲۰۰۰ کیلومتر وجود دارد که فقط در استان خراسان ۷۲۳۰ رشته کاریز (قنات) با آبدهی ۱۸۵۰۰۰۰۰۰۰ سانتیمتر مکعب در ثانیه وجود دارد یعنی ۹ برابر ذخیرهٔ سد کرج و ۱۴۰ برابر ذخیرهٔ سد طرق.
در تهران، دستکم ۳۰۰ رشته کاریز (قنات) شناختهشده، خفتهاند که طول بعضی از آنها به ۱۸۰۰۰ متر میرسد.
و سخن آخر …

هرچند این گفتارها + + + به پایان رسید اما باید دانست کاریز تنها راه نجات ایران از خشکسالی هست و اگر بازهم در احیا و ترویج این میراث اهمال صورت گیرد آینده نابودی سرزمین ماست.
کاریز یک مکان گردشگری و متعلق به گذشته نیست بلکه حال و آینده ما به آن بستگی دارد و باید ذکر گردد کاریز به ما نیازی ندارد این ما هستیم که محتاج کاریزها هستیم.
به امیدآبادانی و سر افزاری بیشتر ایران همیشه جاودان.