مقدمه

از ۲۰۰۰ سال قبل تا حدود سه دهه قبل بخش عمده آب مصرفی کشاورزی و شرب در بسیاری از بخشهای ایران به وسیله سیستم قنات تامین میشد. استیروز(۲۰۰۶) ۱ معتقد است که قنات نقش مهمی در توسعه تمدن انسانی در اقلیمهای خشک داشته است. او در مقاله خود به بررسی چگونگی حفر قنات پرداخته است و از تکنیک ترازیابی استفاده شده برای حفر قنات به عنوان یک شگفتی یاد کرده است.این سیستم آبرسانی از تونلیتقریباً افقی با شیب بسیار کم تشکیل شده است که بخشی از این تونل زیر سطح آب زیرزمینی است و بهکمک

نیروی گراویته آب را به سطح زمین میرساند. بهمنظور ایجاد تهویه هوا و سهولت خروج مواد حفر شده، یک سری شفتهای عمودی در مسیر تونل حفر میگردد [۲] (شکل .(۱

شکل .۱ مقطع طولی و بخشهای مختلف یک قنات

امروزه در بسیاری از بخشهای ایران چاههای عمیق به سرعت در حال جایگزینی با سیستم قنات هستند که نتیجه این امر افت سطح آب زیرزمینی و بیآب شدن این سیستم آبرسانی سنتی است . [۲] فروریزی قنات های خشک و مدفون شده در مناطق شهری، بهعنوان خطری برای سازه ها و تأسیسات شهری محسوب میشوند .[۳] چنان که در شکل ۲ مشاهده میشود بیشترین تمرکز رشته قناتها در ۱۲ منطقه از کشور واقع شده است که یکی از این مناطق محدوده شهر مشهد است. از لحاظ وسعت و جمعیت، مشهد دومین کلانشهر کشور به حساب میآید. مساحت این شهر ۳۲۰ کیلومترمربع و طبق سرشماری سال ۱۳۹۰ جمعیت آن ۷۷۲۲۸۷،۲ نفر است.

۱٫ Stiros

ارزیابی خطر قناتهای متروکه غرب مشهد با استفاده از نرمافزار پلاکسیس ۲۲۷۹

شکل .۲ توسعه سیستم قنات در ایران

محدوده بررسی شده در این تحقیق منطقه ۱۱ شهرداری مشهد است که منطقهای مثلث شکل است و در غرب شهر که تمرکززیادی از قنات در آن مشاهده شده است، قرار دارد. پژوهشهای متعددی در مورد سیستم قنات و نشست زمین در اثر فروریزش قنات انجام شده است. لایتفوت(۱۹۹۶) ۱، به بررسی قناتهای سوریه و رابطه بین نشستهای قدیمی و موقعیت این قناتها پرداخته است. عطاپور و آفتابی (۲۰۰۲)، پدیده کارستی شدن و نشست زمین ناشی از آن را در محدوده شهر کرمان بررسی کردهاند و تأثیر قناتها را در تسریع تشکیل فروچاله و نشست زمین بررسی کرده اند. هاشمی سهی و هاشمی سهی (۱۳۸۴)، به بررسی شیوههای مهار کردن قنات های دایر و بایر و جلوگیری از ریزش آنها در مناطق شهری پرداختهاند. رنجبر و جعفری (۱۳۸۸) به بررسی عوامل مؤثر در فرونشست زمین دشت اشتهارد پرداختند و بیان کردند که وجود کورههای قنات و کاهش سطح آب زیرزمینی و وجود سازندهای تبخیری از مؤثرترین عوامل فرونشست زمین در دشت اشتهارد است. همچنین رضایی و دادستان (۱۳۹۱) وجود قنات قدیمی پوشیده شده در عمق ۱۵ در شهرک طالقانی شهر اشتهارد را دلیل ایجاد نشست خطی دانستند. امینی حسینی و همکاران (۲۰۰۴) و همچنین پلت۲ و همکاران (۲۰۰۵)، به بررسی رفتار قناتها در زمین لرزه سال ۲۰۰۳ بم پرداختهاند که

در اثر این زمینلرزه تعدادی قنات تخریب شده و یا آسیب جدی دیدهاند. ریحانی۳ و نگار۴ ۱٫ Lightfoot 2. Pellet 3. Rayhani 4. El Naggar

۰۸۲۲ نشریه زمینشناسی مهندسی، جلد هشتم، شماره ۳ پاییز ۱۳۹۳

(۲۰۰۶)، تحلیل پایداری قنات را بهکمک نرمافزار فلک۱ انجام دادهاند و محدوده شهر تهران را از منظر فروریزش قنات زونبندی کردهاند. شریعتمداری و فاضلیان (۱۳۸۱)، پایداری فضاهای زیرزمینی در مجموعه کاریز کیش را بررسی کرده و مقاطع مختلف این مجموعه قنات را بهکمک نرمافزار فلیس تحلیل کردهاند.

روش بررسی

در پژوهش حاضر با استفاده از عکسهای هوایی ۱:۲۰۰۰۰ سال ۱۳۴۵ ابتدا موقعیت میل

چاه قناتهای واقع در محدوده مشهد مشخص شد و سپس از عکسهای هوایی ۱:۶۰۰۰ شهری سال ۱۳۵۱ استفاده شد تا موقعیت قناتهای منطقه ۱۱ واقع در غرب شهر با دقت بیشتری تعیین شود. از جمله معیارهای استفاده شده در تشخیص قناتها خاکریز اطراف میل قنات است که بهصورت منظم و رشتهای در عکسهای هوایی قابل مشاهده است و در اقلیمهای خشک که نرخ فرسایش کمتر است بهراحتی قابل شناسایی است [۱۱]، .[۱۳] در شکل ۳ نمایی از چندین رشته قنات در عکس هوایی واقع در غرب مشهد نشان داده شده است.

شکل .۳ نمایی از رشته قناتهای واقع در غرب مشهد در عکس هوایی [۱۴]

۱٫ FLAC×

ارزیابی خطر قناتهای متروکه غرب مشهد با استفاده از نرمافزار پلاکسیس ۲۲۸۱

بررسی قناتهای شهر مشهد

با توجه به محدوده طرح جامع شهر مشهد تعداد رشته قنات دایر و بایر در محدوده کنونی شهر ۶۳ رشته است. طویلترین و عمیقترین قنات واقع در محدوده مشهد، قنات بحرآباد با عمق مادر چاه ۱۳۳ متر و طول ۲۲ کیلومتر است .[۱۵] مجموع طول قناتهای واقع در محدوده شهری ۴۳۰۰۰۰ متر است که با توجه به لایه رقومی تهیه شده بهکمک عکسهای هوایی ۱۹۸۸۱ میل چاه قنات در محدوده شهر وجود دارد. امروزه از کل قناتهای واقع در محدوده شهر، فقط ۲ رشته قنات قاسمآباد و پاچنار آبدارند اما در سال ۱۳۴۰، ۵۷ قنات

آبدار در محدوده امروزی شهر وجود داشته است. بهعبارت دیگر در طول دورهایتقریباً ۵۰ ساله %۹۵ از قناتهای شهر مشهد خشک شدهاند .[۱۳] شکل ۴ قناتهای مشهد را نشان میدهد که با تعیین موقعیت هر میل چاه برروی عکسهای هوایی ۱:۲۰۰۰۰) سال (۱۳۴۵ تعیین شده است. چنانکه در شکل ۴ مشاهده میشود، اغلب رشته قناتها در بخشهای غربی شهر متمرکز بوده است. شکل ۵ نیز قناتهای محدوده بررسی شده در منطقه ۱۱ مشهد را نشان میدهد. تمرکز قنات در شرق این منطقه بیشتر از غرب آن است و جهت گیری رشته قناتهاعمدتاً شمال غرب- جنوب شرق است.

شکل .۴ قناتهای مشهد

۲۸۲۲ نشریه زمینشناسی مهندسی، جلد هشتم، شماره ۳ پاییز ۱۳۹۳

شکل .۵ قناتهای منطقه ۱۱ شهرداری مشهد

در این منطقه ۹ رشته قنات اصلی وجود دارد (هر رشته قنات چندین رشته فرعی نیز دارد) که مشخصات آنها در جدول ۱ آمده است. مادر چاه اغلب قنات های منطقه در کوهپایهها و

خارج محدوده شهری قرار گرفته است. متوسط عمق مادر چاه این قناتها ۷۰ متر و میانگین طول رشته قنات ۱۰ کیلومتر است. از میان قناتهای جدول ۱ فقط قنات قاسمآباد آبدار است. کمترین عمق مجرای زیرزمینی قنات در منطقه در محل مظهر این قنات است که تونل زیرزمینی قنات به سطح زمین می رسد. قطر میل چاه قناتهای منطقه اغلب در حدود ۱ متر و قطر مجاری زیرزمینی قنات در حدود ۱-۱/۲ متر است. فاصله میل چاهها در منطقه بررسی شده بسیار متغییر است. بهطور میانگین فاصله میل چاهها در منطقه در حدود ۴۰ متر است. با بررسیهای انجام شده در منطقه مشخص شد که هر چه خاک درشتدانهتر باشد فاصله میل چاهها بیشتر است. چنانچه میانگین فاصله میل چاهها در خاک شنی ۵۰ متر است و این میانگین در خاک ماسهای در حدود ۲۷ متر است.

ارزیابی خطر قناتهای متروکه غرب مشهد با استفاده از نرمافزار پلاکسیس ۲۲۸۳
جدول .۱ مشخصات قناتهای واقع در منطقه ۱۱ مشهد [۱۵]
تاریخ آمار برداری آبدهی (LS) طول قنات عمق مادر چاه نام قنات شماره نقشه
(متر)
۱۳۴۲ ۴۵/۷ ۱۱۰۰۰ ۶۵ آب سرده ۷۲۰-۴۰۲۵-۱Q
1342 42 6100 71 فرحآباد ۷۲۰-۴۰۲۵-۵Q
1342 8 18000 90 نکا ۷۲۰-۴۰۲۵-۱۱Q
1343 خشک ۱۳۰۰۰ ۸۰ میل کاریز ۷۲۰-۴۰۲۵-۴Q
1340 9/4 7000 65 سناباد ۷۲۰-۴۰۲۵-۴Q
1343 52/59 17000 75 نخودک ۷۲۵-۴۰۲۵-۲Q
1343 20 2300 43 قاسمآباد ۷۱۵-۴۰۲۵-۵Q
1342 40 8500 80 ملکآباد ۷۲۰-۴۰۲۵-۵Q
1342 – 7000 70 سعدآباد

پهنهبندی مقدماتی خطر ریزش قناتها

برای پهنهبندی خطر ریزش قنات ها از: .۱ خصوصیات زمین شامل بافت خاک و تراز آب، .۲ فراوانی و تمرکز میل قنات و عمق میل قنات و .۳ کاربری اراضی (بار وارده از سازهها) استفاده شد. برای این منظور محدوده بررسی شده به بلوکهای ۱۰۰ m ×۱۰۰m تقسیم شد. سپس با استفاده از معیارهای فوق وضعیت هر شبکه از نظر خطر ریزش قناتها ارزیابی شد. شکل ۶، تصویر سمت راست نقشه بافت خاک مشهد را در عمق ۱۰ متر نشان میدهد که محدوده بررسی شده با بزرگنمایی بیشتر در سمت چپ تصویر آورده شده است .[۱۶] چنانکه در این شکل مشخص است بخشهای غربی مشهد پوشیده از خاکهای درشتدانه شنی و ماسه ای است. در این منطقه آب زیرزمینی در اعماق ۶۰ تا ۱۱۰ متری از سطح زمین قرار دارد (شکل .(۷ با توجه به اینکه متوسط عمق مادر چاه قنات ها ۷۰ متر است و اغلب این مادر چاهها خارج از محدوده بررسی شده قرار دارند؛ میتوان نتیجهگیری کرد که میل چاههای قناتهای منطقه عمقی کمتر از ۷۰ متر دارند. بنا بر این سطح آب زیرزمینی پایینتر از عمق قرارگیری مجاری قناتها است و تأثیر مستقیمی در اشباع کردن دیواره قنات و ناپایداری آن نخواهد داشت .[۱۳] لازم به ذکر است با توجه به پایین بودن سطح آب زیرزمینی و یکسان