مهندسی بی نهایت: کانال پاناما؛ آبراه حیاتی اقیانوس اطلس و آرام

کانال پاناما یکی از آبراه‌های مهم جهان است که بسیاری از محموله‌های عظیم تجاری ازطریق آن بین اقیانوس‌های اطلس و آرام جابه‌جا می‌شود.

کانال پاناما (به انگلیسی Panama Canal و به اسپانیایی Canal de Panamá) آب‌‌راهی ساخت دست بشر به طول ۸۲ کیلومتر است. این آبراه که در منطقه‌ی تحت مالکیت کشور پاناما قرار دارد، اقیانوس اطلس را به اقیانوس آرام متصل می‌کند. کانال حیاتی قاره‌ی آمریکا از میانه‌ی باریکه‌ی پاناما عبور می‌کند و یکی از مسیرهای مهم تجاری آبی در جهان محسوب می‌شود. کانالی که در سال ۱۹۱۴ رسما کار خود را شروع کرد، امروزه به‌عنوان یکی از عجایب هفت‌گانه‌ی دنیای مدرن شناخته می‌شود.

عبورومرور کشتی‌ها از کانال پاناما به‌تنهایی نشان‌دهنده‌ی شاهکار مهندسی حمل‌ونقل دریایی است. کشتی‌ها در حرکتی که حدود ۱۱ ساعت به‌طول می‌انجامد، چند مرحله را برای عبور از آبراه پاناما طی می‌کنند. در دو طرف کانال، سدهای سلولی قرار دارند که وظیفه‌ی بالابردن کشتی به دریاچه‌ی مصنوعی گاتن را برعهده دارند. دلیل ساختن دریاچه‌ی مصنوعی که ۲۶ متر بالاتر از سطح دریا قرار دارد، کاهش فرایندهای حفاری برای ساخت کانال بود. کشتی‌ها پس از بالارفتن از یک طرف کانال و عبور از دریاچه‌ی مصنوعی، از سمت دیگر مجددا به پایین و هم‌سطح اقیانوس مقصد منتقل می‌شوند. در سال‌های اخیر، سدهای سلولی جدید در کانال راه‌اندازی شدند که امکان جابه‌جایی کشتی‌های بزرگ‌تر را فراهم کردند.

تاریخ‌نگاران اولین ایده‌ها و طرح‌ها برای ساخت کانالی در باریکه‌ی پاناما در قرن شانزدهم کشف کرده‌اند. طرح‌های جدی مهندسی برای راه‌اندازی کانال مصنوعی در قرن نوزدهم قوت گرفت؛ اما درنهایت در قرن بیستم، میزبان آبراه حیاتی شد. آمار کشتی‌هایی که سالانه از کانال پاناما عبور می‌کنند، همیشه روندی صعودی داشته است؛ اما مشکلات اقتصادی و اوج‌گیری رقابت با دیگر کانال‌های آبراهی جهان مانند سوئز، اقتصاد کانال پاناما را هم زیرفشار قرار می‌دهد.

در سال‌های ابتدایی، گروهی از مسئولان کشورهای کلمبیا و فرانسه و ایالات متحده طراحی، ساخت و مدیریت کانال پاناما را عهده‌دار بودند. تا سال ۱۹۷۷، آمریکایی‌ها مسئول کنترل کانال و منطقه‌ی اطراف آن را بودند تا اینکه مدیریت جدید به کشور پاناما پیشنهاد شد. پس از دو دهه همکاری آمریکا و پاناما، کنترل و مدیریت کانال رسما به کشور پاناما داده شد و اکنون، سازمانی دولتی به‌نام Panama Cana Authority مدیریت این آبراه مهم را برعهده دارد.

^{موقعیت جغرافیایی کانال پاناما}

تاریخچه‌ی طراحی و ایده‌پردازی

همان‌طورکه گفته شد، تاریخ ایده‌ای برای راه‌اندازی کانال در باریکه‌ی پاناما، به قرن شانزدهم بازمی‌گردد. در آن زمان، اسپانیایی‌‌ها مزایای متعددی برای کانالی در نظر داشتند که از میانه‌ی آمریکای‌مرکزی عبور کند. درنهایت، آن‌ها به دو مسیر برای راه‌اندازی کانال رسیدند که اولی از پاناما و دیگری از نیکاراگوئه عبور می‌کرد. به‌هرحال در آن زمان، ایده‌پردازی تا اجرای طرح‌های مهندسی فاصله‌ی زیادی داشت و هنوز تجهیزات و فناوری به‌اندازه‌ی کافی دراختیار سازنده‌ها نبود. در میانه‌ی قرن نوزدهم و با راه‌اندازی راه‌آهن پاناما به‌دست آمریکایی‌ها، انگیزه و عزم برای تأسیس آبراه در منطقه‌ی پاناما بیشتر شد. مسیری که مهندسان قرن نوزدهم پیشنهاد می‌کردند، به انتهای راه‌آهن پاناما بسیار نزدیک بود و درنهایت، همان منطقه برای طراحی و ساخت کانال انتخاب شد.

کلمبیایی‌ها اولین گروهی بودند که ساخت کانال در باریکه‌ی پاناما (Isthmus of Panama) را با جدیت دنبال کردند. در سال ۱۸۸۱، دولت این کشور طرحی را به‌همراه اعتبار لازم برای شرکت خصوصی Compagnie Universelle du Canal Interocéanique تصویب کرد. شرکت مذکور را فردی به‌نام فردیناند دلسپس مدیریت می‌کرد و از سرمایه‌گذاری فرانسوی‌ها بهره می‌برد. دلسپس از مهندسان ارشد پروژه‌ی کانال سوئز بود و اعتبار او در پروژه‌ی مذکور باعث شد به‌سرعت پشتیبانی و حمایت عمومی را برای راه‌اندازی کانالی در سطح دریا در منطقه‌ی پاناما دریافت کند.

^{فردیناند لسپس}

طرح اولیه‌ی دلسپس برای کانال پاناما با انتقاد و مخالفت مهندسان متعددی همراه شد. یکی از مخالفان جدی آدولف گودین دلپینای بود که قبلا منطقه‌ی باریکه را به‌خوبی مطالعه و بررسی کرده بود. او اطلاعات کاملی از مشخصات منطقه‌ی پاناما داشت و منطقه‌ای شامل دو رود بزرگ را برای ساختن دریاچه‌ای مصنوعی برای توسعه‌ی کانال پیشنهاد داد. از دیدگاه لپینای، رودخانه‌های چاگریس و ریوگرانده برای ساختن دریاچه‌ی مصنوعی عالی بودند.

در سال ۱۸۷۹، طرح اولیه‌ی لپینای برای ساختن دریاچه‌ی مصنوعی و بالاآوردن کشتی‌ها تا ۲۵ متر از سطح دریا آماده شده بود. درنهایت، ایده‌های او اعتبار درخورتوجهی در محافل مهندسی برایش به‌همراه داشتند و در سال‌های بعد، لپینای به‌عنوان مدیر و سازمان‌دهنده‌ی اصلی طرح ساخت کانال پاناما انتخاب شد. البته طرح او را ابتدا شرکت کلمبیایی رد کرده بود.

تا پیش از آنکه طرح لپینای برای ساخت نهایی تصویب شود، لسپس چند سالی منابع و وقت فرانسوی‌ها و کلمبیایی‌ها را هدر داد. شرکت کلمبیایی اعتقاد زیادی به لسپس داشت و با وجود انتقادها، تصمیم گرفت طراحی اولیه را به کمک او پیش ببرد. لسپس با وجود موفقیت در طراحی و توسعه‌ی کانال سوئز، با منطقه‌ی پاناما آشنایی کافی نداشت. منطقه‌ی سوئز باریکه‌ای بیایانی بود که مشخصات زمین‌شناسی و آب‌وهوایی خاص خود را داشت. درمقابل، پاناما مملو از جنگل‌های گرم‌سیری بود که با باران‌های پی‌درپی، فضایی با رطوبت و گرمای منحصربه‌فرد در منطقه‌ی ساخت‌وساز ایجاد می‌کرد. حتی بیماری‌های مرتبط با منطقه‌ی گرم‌سیری هم در پاناما، از مشکلات بزرگ طراحی و ساخت آبراه بودند.

مکان‌نگاری (توپوگرافی) باریکه‌ی پاناما تنوع بسیار زیادی دارد که مراحل طراحی را برای مهندسان قرن نوزدهم بسیار دشوار می‌کرد. در این منطقه، از باتلاق‌های ساحلی تا کوه‌های متنوع و خط‌الرأس آمریکا وجود دارند که هرکدام شرایط و مشخصات منحصربه‌فردی ایجاد می‌کنند. درنهایت، تلاش‌های لسپس با وجود فعالیت‌های متعددش در بخش مهندسی و طراحی، به طرح و سازوکاری جامع ختم نشد. ماشین‌آلات ابتدایی را که تیم او برای حفر کانال در منطقه‌ی پاناما استفاده می‌کرد، قدرت و مقاومت لازم را برای مقابله با زمین سخت نداشت و بیماری‌های واگیردار و خاص منطقه‌ی گرم‌سیری نیز فشار زیادی به کارگران می‌آورد.

مراحل ساحت کانال با مدیریت لسپس به‌آهستگی و با هزینه‌های سرسام‌آور پیش می‌رفت. مدیران تصمیم گرفتند برای کاهش هزینه‌ها، طرح کانالی هم‌سطح دریا را لغو و طرح دریاچه‌ی مصنوعی با سدهای سلولی را بررسی کنند. البته تغییر مذکور تأثیر زیادی بر روند انجام پروژه نگذاشت و شرکت کلمبیایی که سرمایه‌گذارهای شخصی متعددی از فرانسه داشت، کم‌کم با مشکلات مالی روبه‌رو شد. فرانسوی‌ها دیگر اعتمادی به شرکت و مدیران پروژه نداشتند و تلاش‌ها برای جذب سرمایه‌ی جدید هم ناموفق بود. درنهایت، شرکت کلمبیایی در سال ۱۸۸۹ ورشکست و پروژه‌ی نیمه‌کاره‌ی کانال پاناما هم پس از ورشکستگی شرکت، به ایده‌ای دور از ذهن و تقریبا غیرممکن تبدیل شد.

ورود آمریکایی‌ها

کنگره‌ی ایالات متحده در سال ۱۹۰۲ طرحی را تصویب کرد تا با سرمایه‌گذاری دارایی‌های شرکت کلمبیایی‌فرانسوی را بخرد و ساخت کانال در باریکه‌ی پاناما را ادامه دهد. آمریکایی‌ها باید با دولت کلمبیا هم وارد مذاکره می‌شدند؛ چون پاناما تا سال ۱۹۰۳ به کشور کلمبیا تعلق داشت. نکته‌ی جالب‌ اینکه استقلال پاناما در سال ۱۹۰۳ هم نتیجه‌‌ای از طرح‌های راه‌اندازی کانال بود. داستان استقلال از آنجا شروع شد که کلمبیایی‌ها با طرح ایالات متحده مخالفت کردند و آمریکا با حمایت از پاناما، فرایند استقلال آن منطقه را هدایت کرد. درنهایت در نوامبر ۱۹۰۳، پاناما اعلام استقلال کرد و آمریکا به‌عنوان اولین کشور، آن‌ها را به‌رسمیت شناخت. معاهده‌ی Hay-Bunau-Varilla اولین نتیجه‌ی همکاری ایالات متحده با کشور مستقل پاناما بود که به شکل‌گیری منطقه‌‌ای به‌نام کانال پاناما (Panama Canal Zone) انجامید. منطقه‌ی مذکور در سال ۱۹۰۴ رسما در اسناد دو کشور پذیرفته شد.

^{تصویر پاناروما از وضعیت فعلی کانال پاناما در بخش اقیانوس اطلس}

از ابتدای قرن نوزدهم، دولت و مردم ایالات متحده منطقه‌ی نیکاراگوئه را برای راه‌اندازی آبراه بین دو اقیانوس مناسب‌تر می‌دیدند. فرایندهایی که در طول نزدیک به یک قرن انجام شد و دخالت چند مهندس و سیاست‌مدار مشهور را در پی داشت، درنهایت به انتخاب پاناما به‌عنوان منطقه‌ی اصلی راه‌اندازی کانال انجامید. تئودور روزولت، رئیس‌جمهور وقت ایالات متحده، نقش زیادی در انتخاب پاناما به‌عنوان منطقه‌ی کانال ارتباطی ایفا کرد و انگیزه‌های سیاسی را در توسعه‌ی آبراه دخیل کرد. بسیاری از مورخان او را «پدر کانال پاناما» می‌نامند.

تا تابستان ۱۹۰۴ و چند سال پس‌ازآن، فعالیت روی ساخت کانال کاملا با مدیریت آمریکایی‌ها انجام می‌شد. فرانسوی‌ها از طرح کانال هم‌سطح دریا ناامید شده بودند؛ اما هنوز مشکلات متعددی، خصوصا در بخش رودخانه‌ی چاگریس، وجود داشت. این رودخانه که به اقیانوس اطلس می‌ریخت، باید به‌عنوان یکی از بخش‌های مواصلاتی انتخاب می‌شد که مسیری پرپیچ‌و‌خم داشت. درنهایت در سال ۱۹۰۶، با ورود مهندس جدیدی به پروژه به‌نام جان فرانک استیونس طرح استفاده از سد سلولی در دو سمت کانال قوت گرفت که بسیاری از مشکلات را برطرف می‌کرد؛ طرحی که سال‌ها قبل لپینای مطرح کرده بود و لسپس آن را نپذیرفت. درنهایت، تصمیم گرفته شد دریاچه‌ی مصنوعی گاتن ساخته شود که ۳۲ کیلومتر از مسیر کانال را تشکیل می‌داد.

فرایند ساخت و مشکلات مهندسی و نیروی انسانی

همان‌طورکه گفته شد، بیماری‌های خاص مناطق گرم‌سیری در پاناما مشکلات زیادی در بحث مدیریت نیروی انسانی پروژه ایجاد می‌کرد. فرانسوی‌ها در سال‌هایی که مشغول فعالیت در پروژه بودند، ۲۰ هزار نیروی انسانی را از دست دادند. ایالات متحده با درس‌گرفتن از مشکلات متعدد بیماری (خصوصا تب زرد و مالاری) برنامه‌ای جدی برای سلامت کارگران داشت. تا سال ۱۹۰۶، سیاست‌های پیشگیرانه‌ی متعدد را نیروهای پزشکی ایالات متحده در منطقه‌ی کانال اجرا می‌کرد و به‌نوعی سایت کانال پاناما، برای فعالت نیروی انسانی امن شده بود.

نیروی انسانی شاغل در پروژه‌ی کانال پاناما (در دوران مدیریت آمریکایی‌ها) اغلب از جزیره‌های باربادوس و مارتینیک و گوادلوپ استخدام شده بودند. حدود ۴۰ هزار نفر در سال‌های ساخت کانال مشغول به کار بودند که درنهایت و باوجود اجرای سیاست‌های جدی ایمنی و سلامت، ۵،۶۰۹ نفر از آن‌ها جان خود را از دست دادند. مهندسان و کارشناسان اصلی پروژه نیز اغلب اهل ایالات متحده بودند. ساخت کانالی با سدهای سلولی در دو سمت، به حفاری بیش از ۱۵۰ میلیون مترمکعب از زمین نیاز داشت. فرانسوی‌ها با تجهیزات نه‌چندان حرفه‌ای، ۲۳ میلیون مترمکعب حفاری کرده بودند؛ اما هنوز ۱۳۰ میلیون مترمکعب باقی مانده بود.

ماشین‌آلات سنگین شامل بیل‌های مکانیکی که در فرایندهای حفاری کانال پاناما استفاده می‌شد، از نیروی بخار بهره می‌گرفت. بیش از ۱۰۰ بیل مکانیکی بخاری برای مراحل حفاری به‌کار رفت که اغلب برای ساخت منطقه‌ی خلیج مصنوعی کالبرا استفاده شدد. از تجهیزات دیگر می‌توان به جرثقیل‌های بخاری، صخره‌شکن‌های هیدرولیکی، میکسرهای بتن و دریل‌های نیوماتیکی (پنوماتیکی) اشاره کرد. حمل‌ونقل نیروی انسانی و ماشین‌آلات نیز وابستگی زیادی به خط‌آهن داشت که سال‌ها قبل آمریکایی‌ها در آن منطقه راه‌اندازی کرده بود. البته تجهیزات حمل‌ونقل ریلی هم برای جابه‌جایی بهتر تجهیزات سنگین جدید ارتقا یافتند. خلیج کالبرا سال‌ها بعد به‌خاطر تلاش‌های مهندس ناظرش، دیوید گیلارد، به‌نام خلیج گیلارد شناخته شد. مراحل حفاری و ساختن این خلیح مصنوعی به‌دلیل مشکلات زمین‌شناسی و ساختار پیچیده‌ی منطقه بسیار دشوار بود.

گالری تصاویر مراحل ساخت اولیه‌ی کانال پاناما

خلیج مصنوعی کالبرا که از سال ۱۹۰۷ تا ۱۹۱۳ بخش مهمی از فرایند ساخت کانال را به خود اختصاص داده بود، یکی از فازهای مهم پروژه محسوب می‌شد. حفاری در این منطقه، به ماشین‌آلات قوی نیاز داشت| چون زمین آن سخت و از نوع کوهستانی بود. بسیاری از مرگ‌ومیرهای پروژه‌ی کانال پاناما در زمان حفر خلیج مصنوعی اتفاق افتاد که به‌‌دلیل استفاده از دینامیت برای منفجرکردن کوه‌ها رخ می‌داد.

منطقه‌ی کالبرا بحران‌های متعدد لغزش زمین و گِل‌و‌لای را هم برای مهندسان ایجاد می‌کرد. درواقع، زمانی‌که مهندسان به سطح مناسب و درخور‌توجهی برای زمین می‌رسیدند، مجددا مشکل لغزش‌ها حجم زیادی از سنگ و رسوب را به خلیج وارد می‌کرد. یکی از رخدادهای تاریخی لغزش زمین در سال ۱۹۰۷ در منطقه رخ داد که به‌نام لغزش کوکاراچا (Cucaracha) شناخته شد. میلیون‌‌ها مترمکعب خاک و سنگ به خلیج حفاری‌شده سرازیر شد. درنهایت، کارگرانی که در دمای ۳۸ درجه‌ی سانتی‌گراد و حتی گرم‌تر کار می‌کردند، ۷۳ میلیون مترمکعب سنگ و خاک را از منطقه خارج کردند تا کالبرا به ۱۲ متری سطح دریا برسد.

جورج واشنگتن گوتلز، از مهندسان ارتش ایالات متحده، در سال ۱۹۰۷ جایگزین استیونس در مدیریت ارشد مهندسی پروژه شد. او منطقه‌ی پروژه را به سه قسمت اقیانوس اطلس و مرکز کانال و اقیانوس آرام تقسیم کرد که هر منطقه با مدیریت یکی از مهندسان ارشد ساخته می‌شد. منطقه‌ی اطلس با مدیریت ویلیام سیبرت، شامل ساخت موج‌شکن در ورودی خلیج لیمون بود. همچنین، ساخت سدهای سلولی گاتن و کانال ورودی ۵/۶ کیلومتری آن هم با نظارت سیبرت و تیمش انجام می‌شد. در بخش اقیاوس آرام، موج‌شکنی در خلیج پاناما ساخته شد. بخش‌های دیگر همچون کانال‌های ورودی به سدهای سلولی و سدهای سلولی پدرو میگل و میرافلورس هم با مدیریت همین تیم توسعه یافت. منطقه‌ی کالبرا در زیرمجموعه‌ی مرکزی قرار داشت که مدیریت آن برعهده‌ی گیلارد بود.

دهم اکتبر ۱۹۱۳، وودرو ویلسون، رئیس‌جمهور وقت ایالات متحده، تلگرافی به سایت کانال پاناما ارسال و دستور انفجار سد خاکریز گامبوا را صادر کرد. این انفجار جریان آب را وارد خلیچ مصنوعی کالبرا کرد که به‌معنای اتصال اقیانوس‌های اطلس و آرام ازطریق کانال پاناما بود. کشتی Alexandre La Valley اولین کشتی‌ای بود که از کانال پاناما عبور کرد. کشتی مذکور در مراحل ساخت کانال وارد مسیر شده بود و درنهایت در ۷ ژانویه‌ی ۱۹۱۴، از خروجی اقیانوس اطلس خارج شد.

کانال پاناما بزرگ‌ترین سرمایه‌گذاری آمریکایی‌ها در پروژه‌های مهندسی ساخت‌وساز بود. منابع تاریخی هزینه‌ی نهایی را حدود ۵۰۰ میلیون دلار برآورد می‌کنند. این کانال ۱۵ اوت ۱۹۱۴ رسما افتتاح شد و تا دهه‌ی ۱۹۳۰، با همان ساختار و طراحی اولیه فعالیت می‌کرد. در آن زمان، مشکل جریان آب به یکی از مشکلات اصلی کانال پاناما تبدیل شده بود؛ به‌همین‌دلیل، باید سد جدیدی روی رودخانه‌ی چاگریس ساخته می‌شد که بعدا Madden نام گرفت. همین سد به شکل‌گیری دریاچه‌ی آلخولا منجر شد که منبع آب اضافه را هم برای کانال تأمین می‌کند.

مشخصات فنی کانال پاناما

کانال پاناما که فرازوفرودهای متعددی را از زمان طراحی تا ساخت نهایی تجربه کرد، مجموعه‌ای از دستاوردهای مهندسی قرن‌های نوزدهم و بیستم را به‌همراه داشت. این کانال یکی از محصولات مهم عصر ماشین‌آلات بخار محسوب می‌شود که با طرح خاص خود، به یکی از آبراه‌های حیاتی جهان تبدیل شد. درادامه، مشخصات فنی این کانال و منطقه‌ی جغرافیایی آن را بررسی می‌کنیم.

جزئیات مسیر کانال

کانال پاناما در عرض جغرافیایی ۹ درجه‌ی شمالی قرار دارد؛ جایی که خط‌الرأس قاره‌ی آمریکای‌شمالی به پایین‌ترین نقطه‌ی خود می‌رسد. کانال برخلاف تصور عموم مسیری شرق به غرب را در باریکه‌ی پاناما طی نمی‌کند. ورودی کانال در منطقه‌ی کولون در اقیانوس اطلس قرار دارد که از آنجا مسیری به‌سمت جنوبی را طی می‌کند و پس از عبور از سدهای سلولی گاتن، وارد غربی‌ترین بخش دریاچه‌ی مصنوعی گاتن می‌شود. مسیر کانال سپس چرخشی به‌سمت شرق دارد و ادامه‌ی راه به‌سمت جنوب‌شرقی و خلیج پاناما در اقیانوس آرام می‌رسد. خروجی کانال در اقیانوس آرام (بالبوا) حدودا ۴۰ کیلومتر در سمت شرق ورودی کولون قرار دارد. از مسیرهای ارتباطی موازی با کانال نیز می‌توان راه‌آهن کانال پاناما و بزرگراه بوید‌روزولت را نام برد.

کشتی‌هایی که از اقیانوس اطلس وارد کانال می‌شوند، ابتدا به خلیج لیمون می‌رسند که حدود ۱۱ کیلومتر طول دارد و درنهایت، به سد سلولی گاتن ختم می‌شود. سه سری سد سلولی در گاتن کشتی را ۲۶ متر بالا می‌آورند تا هم‌سطح دریاچه‌ی مصنوعی شود. دریاچه‌ی مذکور که در زمان راه‌اندازی بزرگ‌ترین دریاچه‌ی مصنوعی جهان بود، ۴۳۰ کیلومترمربع مساحت دارد. دریاچه‌ی گاتن به‌کمک سدی روی رود چاگریس تشکیل شد که آب از دریاچه‌ی آلوخولا به آن می‌ریزد. عمق کانال در طول دریاچه از ۱۴ تا ۲۶ متر تغییر می‌کند و ادامه‌ی مسیر به گامبوا و خلیج گیلارد می‌رسد.

خلیج یا آبراه گیلارد بخش باریک بعدی درادامه‌ی مسیر کانال پاناما است که در طول ۱۳ کیلومتر مسیر خود، عمق ۱۳ متری را برای کشتی‌ها فراهم می‌کند. کشتی‌ها پس از عبور از گیلارد، به سد سلولی میگل می‌رسند که ارتفاع آن‌ها را ۹ متر کاهش می‌دهد. مقصد بعدی دریاچه‌ی میرافلورس است که کشتی‌ها پس از دو کیلومتر حرکت در آن، به سد سلولی دومرحله‌ای میرافلورس می‌رسند. مرحله‌ی نهایی شامل ۱۱ کیلومتر مسیر در سطحی برابر با سطح دریا می‌شود که کشتی‌ها را به خلیج پاناما می‌رساند.

سدهای سلولی کانال پاناما چطور کار می‌کنند؟

سدهای سلولی که در مراحل متعدد بالا و پایین بردن کشتی‌ها را برای عبور از مناطق صعب‌العبور کانال پاناما انجام می‌دهند، ساختار مهندسی جالبی دارند. این سدها به‌کمک جریان آب براثر گرانش عمل می‌کنند که از دریاچه‌ای گاتن و آلاخولا و میرافلورس جاری می‌شوند. قبلا گفتیم رودخانه‌های متعدد همچون چاگریس به دریاچه‌ها می‌ریزند. سدهای سلولی طول و عرض و عمق ثابتی دارند و به‌صورت جفتی طراحی و ساخته شده‌اند تا کشتی‌ها از هر دو سمت به‌راحتی در آن‌‌ها حرکت کنند. فراموش نکنید بدون ساختن سدهای سلولی، توسعه‌ی کانال پاناما عملا امکان‌پذیر نبود. مسیری که از باریکه‌ی پاناما اقیانوس اطلس را به اقیانوس آرام متصل می‌کند، پر از کوه‌ها و تپه‌های متعدد است که ارتفاع مناطق گوناگون را تغییر می‌دهند. قبلا هم گفتیم طرح اولیه برای حفر کوه‌ها و ساختن کانالی هم‌سطح اقیانوس ممکن نبود.

سد سلولی دریچه‌هایی برای مسدودسازی و آزادسازی جریان آب را شامل می‌شود. سدهایی که در کانال پاناما قرار دارند، به دیواره‌های دریچه‌ای با عرض ۲۰ متر و ضخامت دو متر مجهز هستند که با لولا حرکت می‌کنند. ارتقای دروازه‌ها از ۱۴ تا ۲۵ متر متغیر است و حرکت آن‌ها هم به‌کمک موتورهای الکتریکی موجود در دیواره‌ها انجام می‌شود. حرکت دریچه‌ها در برج مراقبت روی دیواره‌ای کنترل می‌شود تا آب از سمتی به‌سمت دیگر، با کنترل ترافیک آبی جابه‌جا شود. محفظه‌های سد سلولی ۳۰۰ متر طول و ۳۳ متر عرض و ۱۲ متر عمق دارند.

سدهای سلولی کانال پاناما به‌گونه‌‌ای عمل می‌کنند که تنها کشتی‌های کوچک اجازه‌ی جابه‌جایی در آن‌ها بدون کمک و کنترل اضافه دارند. کشتی‌های سنگین‌تر به‌کمک لکوموتیوهای لکسلی برقی هدایت می‌شوند. این لکوموتیوها ساختار ریلی دنده‌ای دارند که با اتصال به دیواره‌های محفظه‌ی سد، کشتی را در مرکز حفظ می‌کنند تا از هرگونه برخورد به دیواره‌ها جلوگیری شود. پیش از اینکه کشتی‌ها به سد سلولی وارد شوند، زنجیری محافظ به زیر کشتی می‌رود که بین دیواره‌های ورودی قرار دارد. این زنجیر را موتورهای هیدرولیکی کنترل می‌کند و به‌نوعی در پایین و بالا رفتن سطح آب، وظیفه‌ی نگه‌داری مطمئن‌تر کشتی را برعهده دارد.

در سال ۲۰۰۶، ساختار سدهای سلولی کانال پاناما در پروژه‌های بازطراحی و تقویت اصلاح شد. حدود ۱۹۰ هزار تن فولاد از مکزیک به محل پروژه آمد و از بتن تقویت‌شده برای پیاده‌سازی طراحی جدید استفاده شد. طراحی مدرن سدهای سلولی از سدهای کشابه در آنتورپ بلژیک و آلمان الهام گرفت. عرض و ارتفاع و طول دریچه‌ی سدهای جدید به‌ترتیب ۱۹ و ۳۰ و ۵۸ متری است و آن‌ها مدیریت جریان آب در دو سمت دریاچه‌ی گاتن را برعهده دارند و هدف از طراحی آن‌ها، به‌حداقل‌رساندن تلاطم آب در منطقه‌ی مذکور بود. فرایند ساخت آن‌ها در سال ۲۰۱۶ به‌اتمام رسید که به‌عنوان بزرگ‌ترین پروژه‌ی جهانی در نوع خود شناخته شدند. سدهای جدید در‌مقایسه‌با سدهای قبلی که ۱۹۷ میلیون لیتر آب نگه‌داری می‌کردند، مقدار کمتری آب را محبوس می‌کنند (۱۸۲ میلیون لیتر).

روش کار سد سلولی

در زمان ورود و خروج سد سلولی، کشتی‌ها مراحل مشترکی را دنبال می‌کنند که در سه فاز سد سلولی کانال پاناما تقریبا مشترک است:

• کشتی با کاهش سرعت به ورودی سد سلولی می‌رسد.
• ملوان کشتی را وارد مرحله‌ی پهلوگیری و جهت و سرعت آن را تنظیم می‌کند.
• دریچه‌ها باز و کشتی وارد محفظه‌ی باریک سد سلولی می‌شود.
• دریچه‌ بسته می‌شود و آب به داخل محفظه جریان پیدا می‌کند.
• با بالاآمدن جریان آب، کشتی هم بالا می‌آید.
• سطح آب به‌قدری بالا می‌آید که کشتی برای ورود به سلول بعدی آماده شود.

سدهای سلولی مهم‌ترین عنصر مهندسی کانال پاناما هستند. درواقع، ساخت این سدها و سیستم هدایت آن‌ها را می‌توان مهم‌ترین بخش کانال دانست که روی حداکثر ابعاد کشتی مجاز برای عبور از کانال هم تأثیر می‌گذارند. برای پرکردن هریک از سدهای سلولی، به ۱۰۱ هزار مترمکعب آب نیاز است تا کشتی را از پایین‌ترین سطح به بالاترین سطح هر سد برساند. در کناره‌های محفظه، مجراهای زیر آب‌گذر (کالورت) قرار دارد که آب را از دریاچه یا دریای مجاور سلول به آن جاری می‌کند. خالی‌کردن آب برای پایین‌آوردن کشتی هم با استفاده از کالورت‌ها انجام می‌شود. کالورت‌ها قطری بین ۵/۴۹ تا ۶/۷۱ متر دارند.

علاوه‌بر کالورت‌های قطور اصلی در هر محفظه، کالورت‌های فرعی و متقاطع هم دیده می‌شوند که خصوصا در خالی‌کردن آب محفظه‌ها (پایین‌آوردن کشتی) عملکرد تأثیرگذاری دارند. تعداد کالورت‌های فرعی در هر محفظه به ۱۴ عدد می‌رسد. همان‌طورکه گفته شد، جابه‌جایی آب برای پر و خالی کردن محفظه‌ها تنها به‌کمک نیروی جاذبه انجام می‌شود که آب را از سطح بالاتر به محفظه‌ی پایینی منتقل می‌کند. البته کالورت‌ها و دریچه‌های واصل آن‌ها با سیستم‌های خودکار کنترل می‌شوند.

سیستم ایمنی

ایمنی سدهای سلولی در عملکرد کانال پاناما و حفاظت از سیستم حمل‌ونقل و حتی زمین‌های اطراف اهمیت زیادی دارد. تصور کنید کشتی با سرعتی خارج از کنترل به دروازه‌های ورودی سد سلولی برخورد کند. اگر دروازه‌ها تخریب شوند، جریان شدید و حجیمی از آب از دریاچه‌های عظیم بالادست (گاتن یا میرافلورس) به پایین سرازیر می‌شود که قطعا خسارت‌های عظیمی به‌همراه خواهد داشت. راهکارهای حفاظتی زیادی برای جلوگیری از چنین سوانحی پیش‌بینی شده‌اند. یکی از راهکارها استفاده از دو دروازه در ورودی و خروجی محفظه‌ها است؛ درنتیجه برای سرازیرشدن آب، کشتی باید هر دو دروازه را از بین ببرد.

زنجیرهای محافظتی که ابتدا برای کنترل کشتی‌ها استفاده شدند، توانایی نگه‌داشتن کشتی‌هایی با وزن تا ۱۰ هزار تن را داشتند. همان‌طورکه گفته شد، زنجیر پس کنترل حرکت کشتی و متوقف‌کردن آن، به پایین محفظه می‌رفت تا کشتی به‌سمت سد حرکت کند. در ساختار مدرن، از تجهیزات کنترلی در دو طرف سلول‌ها استفاده می‌شود که Mule نام دارند. نام‌گذاری این دستگاه‌ها براساس نام حیواناتی بود که برای حمل‌ونقل بار از باریکه‌ی پاناما به‌کار گرفته می‌شدند. اکنون به‌لطف استفاده از Muleها دیگر به زنجیر محافظ نیازی نیست و آن‌ها در سال ۱۹۸۰ کاملا از ساختار سدهای سلولی حذف شدند.

پاناماگذر (Panamax)

همان‌طورکه گفته شد، ابعاد محفظه‌های کانال پاناما نه‌تنها روی حداکثر ابعاد مجاز کشتی‌ها برای عبور از کانال، بلکه بر طراحی بنادر در برخی نقاط جهان هم تأثیر مستقیمی گذاشته‌اند. محدودیت‌ها و پیش‌نیازهای پاناماگذر را متصدی کانال پاناما با نام Vessel Requirements منتشر می‌کند. محدودیت‌های ابعادی برای کشتی‌هایی که از کانال پاناما عبور می‌کنند، علاوه‌بر طول و عرض محفظه‌های سد سلولی، به عمق آب کانال و ارتفاع پل Bridge of the Americas در بالبوا پاناما هم بستگی دارد.

از سال ۱۹۱۴، سازمان متصدی کانال پاناما محدودیت‌های پاناماگذر را منتشر کرده بود که در سال ۲۰۰۹، به‌‌دلیل توسعه‌ی سدهای جدید و افزایش ابعاد به‌نام New Panamax یا Neopanamax تغییر کرد. کشتی‌هایی که ابعادی فراتر از محدودیت‌های مذکور داشته باشند، به‌نام Super Panamax یا Post Panamax شناخته می‌شوند.

جدول مشخصات پاناماگذر

_{* تناژ وزن مُرده به مقدار جرم قابل‌تحمل کشتی گفته می‌شود که شامل وزن خود کشتی نیست. درواقع، مجموع وزن محموله، سوخت، آب شیرین، آب توازن، آذوقه و مسافرهای کشتی، تناژ وزن مُرده می‌شود.}

موج‌شکن‌ها

در ورودی کانال در هر دو سمت اقیانوس آرام و اطلس، موج‌شکن‌هایی برای کنترل جریان آب اقیانوس قرار دارد. در خلیج لیمون، دو موج‌شکن در سمت‌های غرب و شرق ساخته شده‌اند. موج‌شکن غربی بندرگاه را دربرابر طوفان‌های شدید محافظت می‌کند و موج‌شکن شرقی با هدف کاهش جلبک‌گیری در کانال ورودی ساخته شده است. در بخش اقیانوس آرام، میان‌گذری از منطقه‌ی بالبوا به سه جزیره‌ی کوچک نائوس و پریکو و فلامنکو متصل می‌شود. خاک و سنگ موردنیاز برای ساختن این میان‌گذر، از مواد استخراج‌شده از باریکه‌ی گیلارد تأمین شد. میان‌گذر مذکور جریان‌های آبی را منحرف می‌کند که مواد رسوب‌کننده را از خلیج پاناما سیتی به‌سمت کانال می‌آورند.

عملیات عبورومرور و مدیریت کانال پاناما

سازمان متصدی مدیریت کانال پاناما سازمان دولتی کشور پاناما است که از سال ۱۹۹۹، به‌عنوان سازمانی مستقل (بدون همکاری با آمریکایی‌ها) فعالیت می‌کند و تمامی فرایندهای مدیریت عبورومرور، تعمیر، نگه‌داری، مدیریت هزینه و... برعهده‌ی آن قرار دارد. درآمد حاصل از دریافت عوارض از کشتی‌ها نیز به پاناما می‌رسد.

هدایت کشتی‌ها

در زمان حرکت کشتی‌ها در طول کانال پاناما، یک یا دو ملوان هدایت آن‌ها را برعهده می‌‌گیرند تا از باریکه خارج شوند. کشتی‌ها برخی اوقات با درنظرگرفتن زمان انتظار برای ورود به کانال، حدود ۲۵ ساعت از زمان حرکت خود را در این آبراه حیاتی می‌گذرانند. به‌صورت عادی، عبور از کانال پاناما حدود ۱۰ ساعت زمان می‌برد.

در برخی مواقع، آبراه مصنوعی گیلارد برای سهولت عبورومرور کشتی‌ها نیاز به لایروبی دارد. در زمانی‌که آبراه آزاد باشد، ترافیک کانال پاناما از هر دو سمت مجاز اعلام می‌شود. نکته‌ی جالب اینکه حرکت کشتی‌ها از کانال به از‌دست‌رفتن آب زیادی از دریاچه‌ها و آبراه‌ها منجر می‌شود. البته باران‌خیزبودن منطقه‌ی پاناما این مشکل را جبران می‌کند و لایروبی نیز آسان‌تر انجام می‌شود. در برخی مواقع که ابعاد کشتی‌ها اجازه دهد، برای حفظ بیشتر آب موجود در کانال، کشتی‌هایی که در یک مسیر حرکت می‌کنند، درکنار هم از داخل کانال هدایت می‌شود. اسناد و مدارک لازم برای کنترل عبورومرور کشتی‌ها و دریافت عوارض، در زمان ورود و خروج در هر دو سمت بررسی و تأیید می‌شوند. سیستم ترانزیتی و مدیریت ترافیک بندرگاه‌ها نیز به‌صورت خودکار و زنده فعالیت می‌کند.

تعمیر و نگه‌داری

وضعیت خاص آب‌وهوایی کانال پاناما که ساخت آن را دشوار می‌کرد، بر تعمیر و نگه‌داری هم تأثیر زیادی می‌گذارد. فرایندهای بازرسی و نظارت باید دائم و منظم انجام شود تا عملکرد کانال در هدایت کشتی‌ها بین دو اقیانوس اطلس و آرام با اختلال مواجه نشود. از فعالیت‌های مرسوم و موردنیاز در تعمیر و نگه‌داری کانال پاناما می‌توان به لایروبی منظم کانال‌های ورودی و برنامه‌ریزی تعمیر و نگه‌داری تجهیزات (خصوصا در سدهای سلولی) و تعمیر و جایگزینی ماشین‌آلات اشاره کرد.

بارش‌های شدید و خاک ناپایدار هنوزهم منطقه‌ی گیلارد را به صعب‌العبورترین منطقه‌ی کانال پاناما تبدیل می‌کند. رسوب مواد از دو طرف آبراه مذکور همیشه برای مهندسان مسئله‌سار است. به‌هرحال فرایندهای منظم لایروبی به مدیریت بهینه‌ی این منطقه منجر شده است. از سال ۱۹۷۰ تاکنون، دو لغزش عمده در منطقه‌ی گیلارد رخ داد (۱۹۷۴ و ۱۹۸۶) که حرکت یک‌طرفه‌ی کشتی‌ها را سبب شد.

همان‌طورکه می‌دانید، جریان‌های رودخانه‌ای متعددی در کانال پاناما وجود دارند. همین جریان‌ها باعث رسوب‌گذاری و تشکیل لجن در مناطق گوناگون کانال پاناما می‌شود که مشکلات جدی تعمیر و نگه‌داری را در پی دارد. فعالیت‌های کشاورزی و اقدام‌های پس از برداشت محصول که به تضعیف خاک منطقه منجر می‌شدند، از دهه‌ی ۱۹۷۰ با دخالت دولت‌های ایالات متحده و پاناما به‌حداقل ممکن رسیدند که سهم زیادی از فشار لایروبی را کاهش داد.

^{لایروبی کانال پاناما}

ترافیک آبی کانال پاناما

ترافیک کشتی‌ها و میزان عبورومرور آن‌ها از کانال پاناما به‌نوعی نشانه‌ای برای اندازه‌گیری تجارت جهانی محسوب می‌شود. دقیقا در دورانی که بحران‌های اقتصادی جهان را زیرفشار قرار می‌دهد، ترافیک کشتی‌‌ها هم در کانال کاهش پیدا می‌کند. در سال ۱۹۱۶، اولین گزارش عبورومرور از کانال پاناما گزارش شد که جابه‌جایی ۸۰۷ کشتی را تأیید می‌کرد. این آمار تا سال ۱۹۷۰ به ۱۵،۵۲۳ جابه‌جایی رسید. محموله‌هایی که در سال ۱۹۷۰ از کانال عبور کردند، درمجموع ۱۳۴/۶ میلیون تن وزن داشتند.

از دهه‌ی ۱۹۷۰ به‌بعد، تعداد کشتی‌هایی که از کانال پاناما عبور می‌کردند، کاهش یافت. یکی از دلایل عمده افزایش ابعاد و ظرفیت کشتی‌ها بود؛ ولی با وجود کاهش تعداد کشتی‌ها، حجم محموله‌ها افزایش یافت. آمار سال ۲۰۱۳ نشان می‌دهد ۲۱۳ میلیون تن محموله در آن سال از کانال پاناما جابه‌جا شده است.

مسیرهای اصلی تجاری که از کانال پاناما برای جابه‌جایی محموله استفاده می‌کنند، عبارت‌اند از:

• ساحل شرقی ایالات متحده و هاوایی با آسیای‌شرقی
• ساحل شرقی ایالات متحده با ساحل غربی آمریکای‌جنوبی
• اروپا و ساحل غربی آمریکای‌شمالی
• اروپا و ساحل غربی آمریکای‌جنوبی
• ساحل شرقی آمریکای‌شمالی و اقیانوسیه
• ساحل شرقی و غربی ایالات متحده
• اروپا و استرالیا

تجارت بین ساحل شرقی ایالات متحده و آسیای‌شرقی سهم عمده‌ای از حمل‌ونقل بین‌‌المللی ازطریق کانال پاناما را ازآنِ خود می‌کند. ازجمله محموله‌های مهمی که از کانال پاناما عبور می‌کنند، می‌توان به وسایل نقلیه‌ی موتوری، فراورده‌های نفتی، دانه‌های خوراکی، زغال سنگ و کک اشاره کرد.

سازمان متصدی کانال پاناما

سازمان متصدی کانال پاناما (ACP) از سال ۱۹۹۹ وظیفه‌ی مدیریت، هدایت عملیات، حفاظت، تعمیر و نگه‌داری و نوسازی کانا را برعهده دارد و منابع آبی اطراف کانال نیز جزو حوزه‌ی استحفاظی و وظایف مدیریتی سازمان هستند. فرایندهای آبخیزداری برای حفظ اکوسیستم اطراف کانال و تأمین آب شهرهای اطراف اهمیت بسیار زیادی دارند.

سازمان ACP به‌طور هیئت‌مدیره‌ای فعالیت می‌کند که مدیر آن را نیز مستقیما رئیس‌جمهور پاناما انتخاب می‌کند. ۱۱ عضو در هیئت‌مدیره ACP فعالیت می‌کنند که شاخه‌ی قانون‌گذار جمهوری پاناما وظیفه‌ی انتخاب یک مدیر اجرایی را از بین آن‌ها برعهده دارد. ناگفته نماند ۹ عضو دیگر با همکاری مجلس و رئیس‌جمهور پاناما انتخاب می‌شوند. 

عوارض و قوانین عبورومرور

از همان سال‌های ابتدایی، هزینه‌ی عوارض عبورومرور از کانال پاناما به‌گونه‌ای مدیریت و محاسبه می‌شد که هزینه‌های تعمیر و نگه‌داری و مدیریت کانال را پوشش دهد؛ درنتیجه، کانال به سرمایه‌گذاری اجرایی دیگری نیاز نداشت. هزینه‌ای که از هر کشتی و محموله دریافت می‌شد، به حجم و نوع محموله یا ظرفیت حمل مسافر کشتی بستگی داشت. نرخ‌ و محاسبه‌هایی که در سال ۱۹۱۴ تعیین شدند، تقریبا تا ۶۰ سال ثابت بودند. سال ۱۹۷۳، اولین‌بار کانال پاناما اعلام خسارت مالی کرد و سال بعد، اولین افزایش هزینه‌ی عوارض تصویب و بعدا به دفعات تکرار شد.

در دهه‌های گذشته، طراحی کشتی‌های باری با تغییرات متعددی همراه بوده است. اکنون سهم عمده‌ای از محموله‌ها به‌صورت کانتینری و روی عرشه‌ی کشتی‌ها حمل می‌شود؛ درحالی‌که در گذشته، محموله‌ها در زیر سطح آب در انبارهای کشتی نگه‌داری می‌شدند. به‌هرحال، همین تغییرات باعث شد سیستم اخذ عوارض هم در کانال پاناما تغییر کند و بهینه شود.

عوارض تردد کشتی بسته به طول وسیله‌ی نقلیه (۲۰۱۵). به‌‌دلیل تبدیل فوت به متر، ابعاد به‌صورت اعشاری محاسبه می‌شوند.

مجموعه مقاله‌های مهندسی بی‌نهایت:

• مهندسی بی‌نهایت: پل گلدن گیت، نماد ارتباط شهری در میان عجایب جهان مدرن
• مهندسی بی‌نهایت: امپایر استیت؛ بلندترین ساختمان جهان در میانه قرن بیستم
• مهندسی بی‌نهایت: جزیره نخل دبی؛ بزرگ‌ترین جزیره مصنوعی جهان
• مهندسی بی‌نهایت: سد سه‌دره، بزرگ‌ترین سد و نیروگاه جهان
• مهندسی بی‌نهایت: برج خلیفه، فراتر از ابرها

سازمان متصدی کانال پاناما از زمان در‌دست‌گرفتن مدیریت منطقه، سیستم دلاری دریافت عوارض را تغییر داد. ACP در سال ۲۰۰۶ اعلام کرد با هدف جذب سرمایه برای توسعه‌ی کانال، هزینه‌های عوارض را افزایش خواهد داد. تصمیم متصدی با انتقادهای متعددی روبه‌رو شد و تصویب طرح تا سال ۲۰۱۲ به‌طول انجامید و درنهایت، دو مرحله افزایش هزینه‌ی عوارض در سال ۲۰۱۲ و ۲۰۱۳ اجرا شد. بخش مشخصی از درآمد ACP از کانال به صندوق ذخیره‌ی ملی پاناما واریز و سپس، هزینه‌های عملیاتی هم از درآمد کاسته می‌شود و باقی‌مانده‌ی احتمالی، مجددا به صندوق ذخیره‌ی ملی بازمی‌گردد.

کانال پاناما به‌عنوان یکی از آبراه‌های مهم جهان قوانین مشخصی برای عبور کشتی‌ها اجرا می‌کند. قوانین محکم و دقیقی برای حافظت از کشتی‌ها و مسیر کانال وجود دارد که هریک از متقاضیان به عبور باید آن را رعایت کنند. اسناد عبور از کانال به‌‌همراه اطلاعات کشتی باید پیش از رسیدن محموله به ورودی کانال به متصدی ارسال شوند. در زمان رسیدن کشتی به ورودی، اسناد با محموله مقایسه و تأیید می‌شوند. اسناد هر کشتی، ۱۲ روز پیش از رسیدن به ورودی‌ها باید به‌دست مقام‌ها برسد. پیش از واردشدن به کانال، بررسی‌های فنی هم روی بخش‌های متعدد کشتی انجام می‌شود تا از سالم‌بودن تجهیزات و توانایی عبور سالم از کانال اطمینان حاصل شود.

کانال پاناما هنوزهم به‌عنوان یکی از دستاوردهای مهم ساخت بشر در حمل‌و‌نقل دریایی شناخته می‌شود. این کانال با وجود رقابت شدیدی که از سمت آبراه‌های حیاتی دیگر مانند سوئز تحمل می‌کند، هنوز محل اصلی برای جابه‌جایی محموله‌های حیاتی در اقیانوس‌های اطلس و آرام شناخته می‌شود؛ به‌گونه‌ای که بیش از ۱۴۴ مسیر تجاری اصلی جهان، از کانال پاناما عبور می‌کند.