カナート（Qanat）技術

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1 ポイント 投稿者 GN⁺ 2023-11-12 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • カナート（Qanat） は約3,000年前に古代イランで発達した、地下水路を基盤とする給水システムであり、乾燥地域の集落が帯水層や井戸の水を長距離から引いて維持できるようにした
  • 中核構造は緩やかに傾斜した 地下トンネル と井戸状の 垂直坑道 で、水はポンプなしで重力により流れ、坑道は建設・換気・保守に使われる
  • 高温の乾燥・半乾燥地域では、地下での輸送が 蒸発損失 を減らし、洪水・地震・戦争時の破壊にも比較的強く、安定した給水に有利である
  • イラン、アフガニスタン、中国新疆のTurpan、オマーン、パキスタンなどには大規模な現存システムがあり、ローマ帝国、イスラム統治下のスペイン、アメリカ大陸の一部にも類似システムが広がった
  • カナートは灌漑・飲料水・家畜給水だけでなく、水車、風の塔 による冷房、yakhchalの氷貯蔵にも使われ、今日でも一部地域の集落や農業の維持に直接結びついている

カナートの基本概念と分布

  • カナート（Qanat） または カリズ（kārīz） は、古代イランで開発された給水システムで、帯水層や井戸の水を地下水路を通じて地表へ運ぶ
  • 起源は約3,000年前にさかのぼり、アジアと北アフリカの各地で機能はほぼ同じだが、名称は地域ごとに異なる
    • Afghanistan・Pakistan: kārēz
    • Algeria: foggāra
    • Atlas Mountains: khettāra
    • Oman・United Arab Emirates: daoudi-type falaj
    • Saudi Arabia: ʿuyūn
  • イラン以外にも、Afghanistan、中国新疆の Turpan water system、Oman、Pakistan には大規模で現存・稼働中のカナートがある
  • カナート型システムは Roman Empire の支配下でヨーロッパの一部に導入され、その後 Muslim-ruled Spain でより大規模に実装された
  • アメリカ大陸の一部には Spanish America を通じて導入されたが、一部の考古学者は pre-Columbian era に類似システムがすでに開発・使用されていた可能性を指摘している

動作原理: 地下水路、垂直坑道、重力

  • 典型的なカナートは、緩やかに傾斜した トンネル と、地表から見える井戸状の 垂直坑道 が連続する構造で成り立つ
  • 水は通常、山麓下の帯水層から始まり、低地の目的地へ重力によって流れるため、ポンプは不要 である
  • 垂直坑道は地下水路の建設、土砂の搬出、換気、点検と修理に使われ、水は通常、地表へ現れる daylight point 以降で利用される
  • カナートは多くの場合、山麓のように地下水面が地表に近い場所で始まり、地形勾配とトンネル勾配が交わる低い地点で水が地表に現れる
  • 一部のカナートは kariz と呼ばれるより小規模な地下配水路網へ分岐し、汚染や蒸発を抑えるため、この配水路も地下に置かれることがある
  • 夜間に流れる水を昼間に使うため、貯水池に蓄える場合があり、伝統的ペルシャの ab anbar はカナートの水を受ける飲料水用貯水施設の一例である

乾燥地域での利点と限界

  • カナートは地下で水を運ぶことで、高温の乾燥地域における 蒸発損失 を大幅に減らす
  • 洪水や地震といった自然災害、戦時の破壊のような人為災害にも比較的強い
  • 降水量の変化にはほぼ鈍感で、湿潤な年と乾燥した年のあいだでも流量変化は緩やかに現れる
  • 重力だけで作動するため、運用・維持コストが低く、山地高原の淡水を塩分の多い低地へ移して 土壌塩分 や砂漠化の防止にも役立つ
  • カナートの価値は、居住地域の地下水の水質、水量、安定性に直接左右される
  • エルサレム周辺の山地に見られる spring-flow tunnel とは区別される
    • カナートは井戸を人工の泉に変える構造から出発する
    • spring-flow tunnel は自然の泉の流れを補強または回復する構造である
    • カナート建設に不可欠な垂直坑道は、spring-flow tunnel では必須要素ではない

集落と都市構造への影響

  • イランおよびカナート利用地域の典型的な都市・村落は、複数のカナートを持つことがある
  • 畑や庭園は、カナートが地表に現れる前の地下区間の上部と、出口より下流側の両方に配置される
  • カナートの水は都市の 社会的区分 と都市配置を形作る
    • 水は上流区間ほど新鮮で清潔かつ冷たい
    • より裕福な人々は出口、またはそのすぐ上流に住む傾向がある
    • 水がまだ地下にある段階では、井戸や動物駆動の Persian well で地表にくみ上げる
  • 出口より下流では、水は jub と呼ばれる地表水路を流れ、その支流が居住区・庭園・畑へ水を運ぶ
  • 通りも通常、jub とその支流に沿って並行して配置され、都市や村落は地形勾配に合わせて整列する
  • 下流区間は住居にも農業にもあまり好まれない
    • 水は下流へ行くほど徐々に汚染される
    • 乾燥年には下流で流量減少がより大きく現れる可能性が高い
  • カナートの気流は、古い住宅や建物の地下夏室である shabestan の冷却にも使われる

建設方法と技術的難しさ

  • 伝統的にカナートは、熟練労働者集団である muqannīs によって手作業で建設される
  • 最初の段階は適切な水源の確認である
    • 山や山麓と扇状地が接する地点から探索を始める
    • 深根性の植生や季節的な湧出など、地下水の兆候を探す
    • 試掘井を掘って地下水面の深さと十分な流量を確認する
  • 使用する道具は比較的単純である
    • 革袋のような土砂運搬容器
    • ロープと滑車
    • つるはしとシャベル
    • 照明
    • 水平器または下げ振りと糸
    • 土質に応じた焼成粘土リングなどのライニング
  • 方法は単純に見えても、地下地質 の理解と工学的精度が必要となる
    • 勾配が緩すぎると水が流れない
    • 勾配が急すぎると侵食が進み、カナートが崩壊する可能性がある
    • 土質を誤って判断すると崩落が起こり、最悪の場合は作業者が死亡することもある
  • 通常は給水先となる目的地側から掘削を始め、水源方向へ進む
  • 垂直坑道の間隔は通常 20–35m で、カナートが浅いほど坑道間隔は狭くなる
  • イランのカナートの大半は 5km 未満だが、Kerman 近郊には約 70km の長さが測定された例もある
  • 垂直坑道の深さは通常 20–200m で、Khorasan 地域には最大 275m の記録がある
  • 深く長いカナートは、建設に数年から数十年を要することがある

維持管理と復元

  • 垂直坑道は、風で運ばれる砂の流入を減らすために覆われることがある
  • カナート水路は、侵食、崩落、砂や泥の堆積を定期的に点検し、清掃・修理する必要がある
  • 進入前には作業者の安全のため 気流 が確保されていなければならない
  • 一部の損傷したカナートは復元されている
  • Syria の復元事例では、2001年の国家リストを基に3か所が選ばれ、そのうち Dmeir の Drasiah qanat は2002年に完了した
  • 持続可能な復元には、技術面だけでなく複数の非技術的要素も必要である
    • 安定した地下水流
    • コミュニティの結束
    • 利用共同体の貢献意思
    • 機能する水利権制度

主な用途: 灌漑、飲料水、冷房、氷の貯蔵

  • カナートの主用途は 灌漑、家畜への給水、飲料水の供給である
  • 一部のカナートシステムでは水車が使われたが、水流が遅いため設置位置を慎重に選ぶ必要があった
  • カナートは wind tower と組み合わせて冷房にも使われる
    • 風の塔は家の上に置かれる煙突状の構造である
    • 風上と反対側の開口部を開いて、家の中の空気を外へ移動させる
    • 家の下のカナートから入った空気は、冷たいトンネル壁と水に触れ、蒸発潜熱によって冷却される
    • 乾燥した砂漠気候では、カナート由来の空気は 15°C以上 低温になることがある
    • 風の塔とカナート冷房は、砂漠気候で1,000年以上使われてきた
  • Persian engineers は 紀元前400年頃 までに、砂漠の真夏でも氷を保存する技術を習得していた
  • yakhchal は、カナートと風の塔を活用した自然冷却型の貯蔵施設である
    • 冬にはカナートの水を壁の北側の日陰へ流し、より速く凍らせる
    • 厚い断熱壁を持つ地下空間に氷を保管する
    • カナートから上がる冷たい地下空気を利用して、夏でも低温を保つ

地域別の事例と現状

  • Iran

    • 20世紀半ばには約 50,000基 のカナートが使われていたが、2015年には 37,000基 のみが使用中だった
    • Gonabad の古く大規模なカナートは、2,700年後の現在でも約 40,000人 に飲料水と農業用水を供給している
    • このカナートの主井戸は 360m 超の深さがあり、長さは 45km である
    • 2016年、UNESCO は Persian Qanat を World Heritage Site に登録し、11基のカナートを含めた

  • China Xinjiang Turpan

    • Turpan オアシスでは、現地で karez と呼ばれるカナートの水が使われている
    • この地域にはほぼ 1,000基 の karez システムがあり、水路総延長は約 5,000km に達する
    • Turfan Water Museum は、Turpan karez システムの歴史的重要性から中国の保護区となっている

  • Afghanistan

    • カナートは Dari と Pashto で kariz と呼ばれ、pre-Islamic period から使われてきた
    • 20世紀には 9,370基以上 の kariz が使用されていたと推定される
    • Wardak province で最も古く機能している kariz は300年以上の歴史を持ち、長さ8kmで約 3,000人 に水を供給している
    • Soviet–Afghan War と War in Afghanistan のあいだに多くの構造物が破壊された

  • Oman

    • オマーンの Iron Age 灌漑システムは falaj、複数形で aflaj と呼ばれる
    • 3種類のうち daoudi は、緩やかに傾斜した地下トンネルと垂直坑道を持つカナート型システムである
    • UNESCO によれば、オマーンでは約 3,000基 の aflaj が今も使用されている
    • 2006年7月、代表的な5か所が World Heritage Site に登録された

  • Iraq Kurdistan

    • 2009年に UNESCO 向けに行われた Oklahoma State University の調査では、683基の karez のうち、2004年時点で約 380基 が稼働しており、2009年には 116基 のみが稼働していた
    • 減少理由として、2004年以前の放置、wells の過剰揚水、2005年以降の干ばつが挙げられている
    • 2005年以降、水不足のため karez に生計を依存していた 100,000人以上 が家を離れたと伝えられる

  • India

    • karez システムは Bidar、Bijapur、Burhanpur、Aurangabad に存在する
    • Bidar の Naubad Karez では2015年に堆積物除去と掘削が行われ、連結された 27本 の垂直坑道が確認された
    • この復元は水不足に悩む都市 Bidar に影響を与え、周辺井戸の涵養につながった

  • Europe and Americas

    • Roman Empire 時代のヨルダン北部 Gadara Aqueduct は 94km の長さを持ち、建設された連続カナートとしては最長だった可能性がある
    • Spain には Moorish rule の時代に導入されたとみられる galería または qanat システムの例が多数残っている
    • Peru の Nazca Province と northern Chile には puquios または filtration galleries があり、Nazca puquios の起源と年代については議論がある
    • Mexico では 1520 CE にスペインがカナートを導入した

法、水利権、文化的象徴

  • Achaemenid 時代には、誰かがカナートを建設するか、放棄されたカナートを復元して地下水を地表へ導き、土地を耕作すれば、その人物と子孫は最大 5世代 にわたり政府への納税が免除されたと伝えられている
  • Islamic period にも、放置地へ水を引いて耕作する者に対し、税の免除と耕地権の承認を与える政策が続いた
  • 830 CE の Forghaneh 地震後、Nishapur の住民間で起きたカナート紛争を解決するため、Abdallah ibn Tahir が Khorasan と Iraq の聖職者を集め、Alghani というカナート法規書を編纂させたと記録されている
  • Al-Karaji は1010年に Extraction of Hidden Waters を著し、カナート建設・修理、地下水探査、水準測量といった技術的問題を扱った
  • Gonabad と Zibad のカナートでは、水の配分時間を計算するため water clock が使われ、Qanats of Gonabad における水時計の使用は紀元前500年までさかのぼる
  • イランの古い伝統には、未亡人とカナートが象徴的な結婚式を行う慣習があり、これは水の流れを持続させる助けになると考えられていた

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1件のコメント

 
GN⁺ 2023-11-12
Hacker Newsのコメント

  • 古代ペルシアの関連技術として ヤフチャール(https://en.wikipedia.org/wiki/Yakhch%C4%81l) もある。いわば氷の貯蔵庫である。
    今でもペルシア語では冷蔵庫を指すのに同じ単語を使う。

    • 英語でもその単語の半分はまだ使っているようなものだ。'yakh' と 'ice' は 同語源語 である。
      https://en.wiktionary.org/wiki/%DB%8C%D8%AE
    • これもたまたまここで見かけた。
      https://en.m.wikipedia.org/wiki/K%C3%B6ppen_climate_classifi...
      上の記事では気候の説明に使われている。
    • 関連して、20世紀初頭には冷蔵庫を icebox と呼ぶこともよくあった。家庭用の冷凍機が登場する前は、断熱された箱に氷を入れて使っていたためだ。
    • Yazdでこうした施設を何か所も訪れたが、本当に興味深い技術だった。都市そのものも同様だった。
    • 少し脇道だが、個人的に気になるのは、英語でペルシア人の言語を単に Persian と呼べばよいのに、なぜわざわざ Farsi と呼ぶのかという点だ。
      英語で Spanish を突然 Español、Swedish を Svenska と呼ぶような違和感に近い。内名である Farsi が、すでに定着している Persian という名称を置き換える英語の新語だと知らない人に多く会ってきた。

  • Wikiの最初の段落だけ読んでも、これがどう機能するのか理解できなかったのは自分だけなのか気になる。真っ先に浮かんだ疑問は、「地下水路」の水をどうやって「地表」に持ち上げるのか、というものだった。
    さらに調べると、井戸は山のより高い場所にあり、地下水路 が山を下っていき、山腹から外へ出る構造だった。記事の最初の段落はそれを明確に示していない。「山内部の地下水路が山の産物を山の縁まで導いて外に出す」と説明したほうがよいと思う。

    • 私も、高地の 地下水面 が近くの低地の地表面より高い場合があることを知らず、同じ混乱を覚えた。最初に読んだときは、カナートは階段井戸の一種なのだと思っていた。
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Stepwell
    • 私もまったく同じ疑問を抱いたし、「これを最初の段落で明確にすべきだと筆者が考えなかったなんて信じがたい」と感じた。
      そこまで多くを調べる必要はなく、記事の後半の図ですぐ理解できた: [https://en.wikipedia.org/wiki/Qanat#/media/File:Qanat_cross_...](https://en.wikipedia.org/wiki/Qanat#/media/File:Qanat_cross_section.svg)
      実際、Wikipediaを読むとよくあることだが、最初の段落が話題を明確につかませてくれず、いつも疑問がたくさん残る。

  • エウパリノスのトンネル も興味深い参考例である。紀元前550年以前にサモス島で山を貫いて造られた灌漑トンネルで、両側から掘り始めて中央でわずか60cmの差で合流した。
    Pythagoras は当時まだ少年だったが、影響を受けていたのではと想像したくなる。

  • カナート はまもなく歴史の中に消えていきそうだ。イランもアメリカ西部のように利用可能な水資源を使い過ぎてしまい、今では残っている水がほとんどない。
    https://en.m.wikipedia.org/wiki/Water_scarcity_in_Iran

    • カナートの体系は、数世紀前にモンゴルがイランに侵攻した際に事実上破壊された。それがイランの 砂漠化 と全般的な衰退に寄与した。

  • ある程度関連のある素晴らしい動画: https://youtu.be/twAP3buj9Og?si=muhCC08RsFzofObB

    • この動画はまた再び回ってきているようだ。数日前にもおすすめアルゴリズムが私に見せてきた。

  • Wikiの記事でこの部分が2回出てくるが、なぜなのかの説明が足りないように思える。

    The system has the advantage of being resistant to natural disasters, such as earthquakes and floods, and to deliberate destruction in war.
    地下トンネルなら、地震でずれたり詰まったりして使えなくなりそうだ。戦時中なら、立坑のひとつに汚物を流し込んで給水を駄目にすることもできそうだが、どういう保護策があるのか気になる。

    • 当然ながら、当時のほかの水運搬手段と比較しての話なのだろう。たとえば露出した川は、状況によってはもっと脆弱だったかもしれない。
      強い地震は川の流れにも影響を与えうる。ただ、カナート/カリズが地震や災害への耐性で有名だったわけではない、という点には同意する。
    • 激しく揺れる地盤やひび割れる壁の中で、動きや伸縮をほとんど許容しない 水道管 は、少なくとも場合によっては、こうした土のトンネルより頑丈ではなさそうだ。
    • かなりの部分は伝聞や誇張かもしれない。

  • Asianometryのイランの水問題の動画でも カナート が扱われている: https://youtu.be/watch?v=aaEhNTpvEN8

  • Qanat はアラビア語の単語で「運河」に相当するが、より伝統的な意味合いがあり、水源から農地まで長距離を結んで 灌漑用水 を送る施設である。

    • 付け加えると、Qanat のペルシア語での本来の名称は Kariz である。

  • 偶然にも、最近 Asianometry のイランの水危機の動画で見た。
    [0] https://www.youtube.com/watch?v=aaEhNTpvEN8

  • 小説 Dune にも、ほかのアラビア語/ペルシア語の単語と一緒に出てくる。

    • Children of Dune をほとんど読み終えるまで qanat が何なのか調べなかった。その後は Scrabble で使おうとわざわざ覚えておいたのに、20年以上たった今もまだ使う機会がない。もっとも、もう Scrabble もあまりやらないが。