فرونشست زمین در کاشان و خطر آسیب به بناهای تاریخی

مطالعات دانشگاه کاشان، اثر فرونشست زمین بر منطقه راوَند (در غرب کاشان) و نواحی پیرامونی را در سال ۱۴۰۲ نشان داده است.  وضعیت فرونشست در راوند در شمالغرب کاشان  با میانگین ۱۲ تا ۲۰  سانتیمتر در سال،  بحرانی‌ترین پهنه دشت کاشان است. ترک‌های عمیق در منازل قدیمی خشتی و بناهای تاریخی محلی (مانند کاروانسرای راوند) و  شکاف‌های طولانی در زمین‌های کشاورزی و جاده‌های روستایی (به‌ویژه در مسیر راوند به فین) ، خشکیدگی چاه‌ها و قنات‌ها به دلیل تغییر مسیر جریان‌های زیرزمینی، نشست نامتقارن در حوضه‌های آبریز، تشدید سیلاب‌های فصلی از آثار مشهود فرونشست در این پهنه به سرعت صنعتی شده کاشان است.  مناطق با بالاترین نرخ فرونشست در پیرامون کاشان شامل حاشیه شمال غربی محور راوند- محمدیه با ۱۵–۱۸سانتی متر در سال به دلیل تراکم چاه‌های کشاورزی و وجود خاک‌های آبرفتی سست است. در جنوب کاشان نشست با نرخ ۱۴-۱۶سانتی متر در سال با افت شدید سطح آب زیرزمینی، حفر چاه‌های غیرمجاز مشخص است. در شمال شرقی کاشان و ناحیه  آران و بیدگل سرعت فرونشست ۸–۱۲سانتیمتر در سال و به دلیل گسترش کشت پسته، بهره‌برداری از سفره‌های مشترک آب با سرعت و گستردگی زیاد است.  در مرکز شهر کاشان            ۵ تا ۸ سانتی متر در سال فرونشست به دلیل پمپاژ آب برای بهره برداری در آب شرب و البته کشاورزی گزارش شده است. . دلایل تمرکز فرونشست در غرب کاشان (به‌ویژه راوند) گستردگی کشاورزی فشرده و وجود هزاران هکتار زمین تحت کشت خیارسبز، گندم و صیفی‌جات با نیاز آبی بالا و در عین حال استفاده از چاه‌های عمیق غیرمجاز (بیش از ۳۰۰ حلقه چاه غیرمجاز فقط در دشت راوند) است.

ضخامت زیاد لایه‌های رسی و مارنی در آبخوان غرب کاشان بسیار برای فورنشیت زمین مهم است چرا که با پمپاژآب و  خشک‌شدن، به سرعت فشرده می‌شوند. ۹۰٪ آب منطقه مانند سایر نواحی کشور  صرف کشاورزی می‌شود. فرسودگی قنات‌ها و جایگزینی آن‌ها با چاه‌های عمیق مزید برعلت شده است.

فرونشست به ویژه در طاهرآباد و راوند موجب تخریب زیرساخت‌ها،  شکستن خطوط انتقال آب، آسیب به جاده‌های ارتباطی و کانال‌های آبیاری شده است. به تدریج کاهش تولیدات کشاورزی به دلیل شور شدن خاک و افت راندمان آبیاری و  ترک سکونتگاه‌های روستایی به دلیل تخریب خانه‌ها و کم‌آبی رخ می دهد.

به نظر می رسد که حفر هرگونه چاه جدید در شعاع ۲۰ کیلومتری راوند باید ممنوع شودو با تغییر الگوی کشت و جایگزینی گیاهان کم‌آب‌بر (مثل زعفران یا گیاهان دارویی) به‌جای صیفی‌جات و احیا و لایروبی قنات‌ها برای تغذیه طبیعی آبخوان امکان مصرف بهتر آب فراهم شود.

اگر نرخ کنونی برداشت آب ادامه یابد، فرونشست در راوند تا ۱۴۱۰ به ۲ متر خواهد رسید که می‌تواند به تخریب کامل بناها منجر شود. این بحران تنها با مشارکت مردم  شهری و کشاورزان و نظارت جدی دولت قابل مهار است.

از سوی دیگر کاشان مکان بناهای تاریخی مهمی است که در معرض فرونشست زمین قرار دارند . مسجد آقا بزرگ کاشان یکی از شاهکارهای معماری دوره قاجار در ایران است که در سال ۱۸۵۰ ساخت آن تکمیل شده است. به دلیل طراحی هوشمندانه، گنبد دوپوسته، کاربندی‌های ظریف و استفاده خلاقانه از نور و تهویه طبیعی این مسجد مشهور است. بازدید ۶ و ۷ خرداد ۱۴۰۴ نگارنده نشان داد که ترکهای جدی در دیواره ها و بخشهایی از سقفهای مسجد آقابزرگ کاشان ایجاد شده که به به نظر می رسد حداقل تحت تاثیر فرونشست زمین تسریع و تشدید شده اند.

فرونشست غیریکنواخت زمین به ایجاد ترک‌های عمیق در دیوارها، گنبد و طاق‌های این بنای آجری منجر شده و ترک‌های کوچک نیز در درازمدت تهدیدی برای پایداری بنای مسجد است .  فرونشست به قنات‌های اطراف مسجد آسیب زده و رطوبت را به پی بنا منتقل میکند.

در سال‌های اخیر، محدودیت‌هایی برای حفر چاه‌های جدید در حریم مسجد اعمال شده است. ترمیم ترک‌ها با مواد سازگار با بافت تاریخی و تقویت پی‌بنا در دستور قرار گرفته ولی در مرمت های تاکنون انجام شده بیشتر رخ و سطح و نما تعمیر شده و کاری بنیادی برای تاب آورتر کردن بنای مسجد انجام نشده است. سطح آب‌های زیرزمینی در دشت کاشان طی ۳۰ سال گذشته بیش از ۱۲ متر افت داشته و در سال ۱۴۰۴ سطح آب زیرزمینی در بسیاری از نواحی کاشان در ژرفای  ۲۰۰ تا ۳۰۰ متر قرار گرفته است. ترک‌های افقی و مورب در دیوارهای حیاط مرکزی و حجره‌های مدرسه (به‌ویژه در بخش‌های جنوبی مجموعه) و کج‌شدگی نامحسوس در پایه‌های سردر ورودی مسجد که با ابزارهای دقیق اندازه‌گیری شناسایی شده ، اختلاف سطح بین فضاهای متصل (مثلاً حیاط و ایوان) ناشی از فرونشست نامتقارن، و  تغییر الگوی تنش‌ها در طاق‌ها و گنبد آجری از تبعات فرونشست تا این تاریخ است.

ساخت چاه‌های جذبی کنترل‌شده برای هدایت روان‌آب‌ها و کاهش نفوذ آب به لایه‌های حساس در مدیریت آب زیرزمینی در پیرامون این بنای تاریخی کمک میکند.

بر اساس شبیه‌سازی‌های دانشگاه کاشان در سال ۱۴۰۲، بدون اقدام فوری، فرونشست تا سال ۱۴۱۰ می‌تواند به ۳۵ سانتی‌متر در مرکز شهر برسد که برای بناهای خشتی-آجری مانند مسجد آقابزرگ فاجعه‌بار خواهد بود. مسجد آقا بزرگ از نماد هویت تاریخی و معماری ایران قاجاری است و  بقای آن در گرو حل بحران آب در منطقه کاشان است. بدون اقدام فوری برای کاهش برداشت از سفره‌های زیرزمینی، حتی مستحکم‌ترین بناهای تاریخی نیز در خطر آسیب جدی قرار میگیرند. این موضوع یک هشدار اکولوژیک برای تمام منطقه است.

در نتیجه فرونشست زمین با کاهش سطح آب زیرزمینی، فشار آب منفذی در لایه‌های زمین کاهش یافته و تنش مؤثر عمودی افزایش می‌یابد. این تغییر  تنش‌های موجود در گسلهای منطقه  را بازتوزیع و در نهایت آنها را تحریک میکند. فرونشست غیریکنواخت زمین موجب تجمع تنش برشی دربخشهای قفل شده گسل هایی مانند گسل راوند و کاشان و نزدیک کردن آنها به لحظه  گسیختگی شود.

افت فشار منفذی  اصطکاک بین صفحات گسل را کاهش میدهد و به نوعی گسلها را روان می کند و در برخی موارد تحرک خزشی  یا رخداد زمین‌لرزه‌های کوچک را تسهیل می‌کند.

داده‌های لرزه‌نگاری پهنه کاشان نشان می‌دهد که در سال‌های اخیر، خوشه‌های لرزه‌ای با بزرگی کمتر از ۴ - عمدتا ۳ تا ۴ -  در امتداد این گسل افزایش یافته‌اند.

آموس و همکاران ۲۰۲۰ روی گسل‌های کالیفرنیا نشان دادند که کاهش ۱۰ متری سطح آب زیرزمینی می‌تواند تنش برشی گسل را تا ۰.۱ مگاپاسکال – حدود ۱ بار فشار -  افزایش دهد. در دشت کاشان با افت ۱۲+ متری آب، این اثر قابل مقایسه است.

پمپاژ آب به‌تنهایی سبب رخداد زمین‌لرزه‌های بزرگ با بزرگای بیش از ۷ نمی شود. اما می‌تواند با کاهش پایداری گسل، زمان رخداد زلزله‌های طبیعی تسریع کند. .

گسل کاشان توانایی ایجاد زمین‌لرزه‌ای تا M~۶.۸  مانند زلزله های ۱۷۷۸ م و ۱۸۴۴ م را دارد .  پمپاژ آب ممکن است با تجمع تنش در بخش‌های قفل‌شده، احتمال رخداد چنین رویدادی را افزایش دهد.

زمین‌لرزه ۲۰۱۱ لورکا، اسپانیا با بزرگای ۵.۱  و زلزله ۲۰۱۷ (۲۹-۹-۱۳۹۶ ) ملارد در غرب تهران  با بزرگای ۵ مستقیماً به افت آب زیرزمینی نسبت داده شده اند.

سفره آب زیرزمینی کاشان در لایه‌های ژرف تر از  ۳۰۰ متر قرار دارد .  نرخ شتابان فرونشست و تغییرات تنش ناشی از فرونشست سریع  حدود ۵ تا ۲۰ سانتیمتر در سال می‌تواند بر رفتار گسل اثر بگذارد. ادامه روند کنونی تا ۱۰ سال آینده، احتمال رخداد زمین‌لرزه‌های با بزرگای بیش از ۵ را  در گسل کاشان را تا ۴۰٪ افزایش می‌دهد. تحریک زمین‌لرزه‌های متوسط ۵ تا ۶  با توجه بافت فرسوده شهر کاشان -در حدود ۸۰۰ هکتار-  و بناهای تاریخی، می‌تواند خسارت‌های گسترده‌ای ایجاد کند.

*استاد دانشگاه

۴۷۴۷