بخشی از مقاله
مقدمه
از 2000 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(2006) 1 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 [2] (شکل .(1
شکل .1 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 . [2] فروریزی قنات های خشک و مدفون شده در مناطق شهری، بهعنوان خطری برای سازه ها و تأسیسات شهری محسوب میشوند .[3] چنان که در شکل 2 مشاهده میشود بیشترین تمرکز رشته قناتها در 12 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 320 کیلومترمربع و طبق سرشماری سال 1390 جمعیت آن 772287،2 نفر است.
1. Stiros
ارزیابی خطر قناتهای متروکه غرب مشهد با استفاده از نرمافزار پلاکسیس 2279
شکل .2 توسعه سیستم قنات در ایران
محدوده بررسی شده در این تحقیق منطقه 11 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(1996) 1، به بررسی قناتهای سوریه و رابطه بین نشستهای قدیمی و موقعیت این قناتها پرداخته است. عطاپور و آفتابی (2002)، 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 (1384)، به بررسی شیوههای مهار کردن قنات های دایر و بایر و جلوگیری از ریزش آنها در مناطق شهری پرداختهاند. رنجبر و جعفری (1388) 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 (1391) وجود قنات قدیمی پوشیده شده در عمق 15 در شهرک طالقانی شهر اشتهارد را دلیل ایجاد نشست خطی دانستند. امینی حسینی و همکاران (2004) و همچنین پلت2 و همکاران (2005)، به بررسی رفتار قناتها در زمین لرزه سال 2003 بم پرداختهاند که
در اثر این زمینلرزه تعدادی قنات تخریب شده و یا آسیب جدی دیدهاند. ریحانی3 و نگار4 1. Lightfoot 2. Pellet 3. Rayhani 4. El Naggar
0822 نشریه زمینشناسی مهندسی، جلد هشتم، شماره 3 پاییز 1393
(2006)، تحلیل پایداری قنات را بهکمک نرمافزار فلک1 انجام دادهاند و محدوده شهر تهران را از منظر فروریزش قنات زونبندی کردهاند. شریعتمداری و فاضلیان (1381)، 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 1:20000 سال 1345 ابتدا موقعیت میل
چاه قناتهای واقع در محدوده مشهد مشخص شد و سپس از عکسهای هوایی 1:6000 شهری سال 1351 استفاده شد تا موقعیت قناتهای منطقه 11 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 [11]، .[13] در شکل 3 نمایی از چندین رشته قنات در عکس هوایی واقع در غرب مشهد نشان داده شده است.
شکل .3 نمایی از رشته قناتهای واقع در غرب مشهد در عکس هوایی [14]
1. FLAC×
ارزیابی خطر قناتهای متروکه غرب مشهد با استفاده از نرمافزار پلاکسیس 2281
بررسی قناتهای شهر مشهد
با توجه به محدوده طرح جامع شهر مشهد تعداد رشته قنات دایر و بایر در محدوده کنونی شهر 63 رشته است. طویلترین و عمیقترین قنات واقع در محدوده مشهد، قنات بحرآباد با عمق مادر چاه 133 متر و طول 22 کیلومتر است .[15] مجموع طول قناتهای واقع در محدوده شهری 430000 متر است که با توجه به لایه رقومی تهیه شده بهکمک عکسهای هوایی 19881 میل چاه قنات در محدوده شهر وجود دارد. امروزه از کل قناتهای واقع در محدوده شهر، فقط 2 رشته قنات قاسمآباد و پاچنار آبدارند اما در سال 1340، 57 قنات
آبدار در محدوده امروزی شهر وجود داشته است. بهعبارت دیگر در طول دورهایتقریباً 50 ساله %95 از قناتهای شهر مشهد خشک شدهاند .[13] شکل 4 قناتهای مشهد را نشان میدهد که با تعیین موقعیت هر میل چاه برروی عکسهای هوایی 1:20000) سال (1345 تعیین شده است. چنانکه در شکل 4 مشاهده میشود، اغلب رشته قناتها در بخشهای غربی شهر متمرکز بوده است. شکل 5 نیز قناتهای محدوده بررسی شده در منطقه 11 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 .4 قناتهای مشهد
2822 نشریه زمینشناسی مهندسی، جلد هشتم، شماره 3 پاییز 1393
شکل .5 قناتهای منطقه 11 شهرداری مشهد
در این منطقه 9 رشته قنات اصلی وجود دارد (هر رشته قنات چندین رشته فرعی نیز دارد) که مشخصات آنها در جدول 1 آمده است. مادر چاه اغلب قنات های منطقه در کوهپایهها و
خارج محدوده شهری قرار گرفته است. متوسط عمق مادر چاه این قناتها 70 متر و میانگین طول رشته قنات 10 کیلومتر است. از میان قناتهای جدول 1 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 1 متر و قطر مجاری زیرزمینی قنات در حدود 1-1/2 متر است. فاصله میل چاهها در منطقه بررسی شده بسیار متغییر است. بهطور میانگین فاصله میل چاهها در منطقه در حدود 40 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 50 متر است و این میانگین در خاک ماسهای در حدود 27 متر است.
ارزیابی خطر قناتهای متروکه غرب مشهد با استفاده از نرمافزار پلاکسیس 2283
جدول .1 مشخصات قناتهای واقع در منطقه 11 مشهد [15]
تاریخ آمار برداری آبدهی (LS) طول قنات عمق مادر چاه نام قنات شماره نقشه
(متر)
1342 45/7 11000 65 آب سرده 720-4025-1Q
1342 42 6100 71 فرحآباد 720-4025-5Q
1342 8 18000 90 نکا 720-4025-11Q
1343 خشک 13000 80 میل کاریز 720-4025-4Q
1340 9/4 7000 65 سناباد 720-4025-4Q
1343 52/59 17000 75 نخودک 725-4025-2Q
1343 20 2300 43 قاسمآباد 715-4025-5Q
1342 40 8500 80 ملکآباد 720-4025-5Q
1342 - 7000 70 سعدآباد
پهنهبندی مقدماتی خطر ریزش قناتها
برای پهنهبندی خطر ریزش قنات ها از: .1 خصوصیات زمین شامل بافت خاک و تراز آب، .2 فراوانی و تمرکز میل قنات و عمق میل قنات و .3 کاربری اراضی (بار وارده از سازهها) استفاده شد. برای این منظور محدوده بررسی شده به بلوکهای 100 m ×100m تقسیم شد. سپس با استفاده از معیارهای فوق وضعیت هر شبکه از نظر خطر ریزش قناتها ارزیابی شد. شکل 6، تصویر سمت راست نقشه بافت خاک مشهد را در عمق 10 متر نشان میدهد که محدوده بررسی شده با بزرگنمایی بیشتر در سمت چپ تصویر آورده شده است .[16] 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 60 تا 110 متری از سطح زمین قرار دارد (شکل .(7 با توجه به اینکه متوسط عمق مادر چاه قنات ها 70 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 70 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 .[13] لازم به ذکر است با توجه به پایین بودن سطح آب زیرزمینی و یکسان
