بررسی میزان فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری(D-InSAR) در دشت نهبندان- سهل‌آباد

محورهای موضوعی : برنامه های کاربردی در خطر بلایای طبیعی

صمد فتوحی ¹ (دانشیار جغرافیای طبیعی، دانشکده جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران)
سیدعلی المدرسی ² (معاون آموزشی دانشگاه آزاداسلامی واحدیزد و عضو هیات علمی دانشگاه)
رقیه دلارام ³ (گروه ژئومورفولوژی، دانشکده جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران)

تاریخ دریافت : 1399/12/10 تاریخ پذیرش : 1400/06/01 تاریخ انتشار : 1402/01/01

کلید واژه: واژه‌های کلیدی: تداخل سنجی راداری, افت آب های زیرزمینی, فرونشست, نهبندان,

چکیده مقاله :

فرونشست زمین، براثر فعالیت‌های طبیعی و انسانی رخ می‌دهد. یکی از علل اصلی فرونشست استفاده بیش‌ازحد از منابع آب زیرزمینی است. در محدوده موردمطالعه به دلیل قرارگیری در ناحیه خشک و کویری، بارندگی کم و نبود رودخانه‌های دائمی، بیشترین استفاده از منابع آب‌های زیرزمینی است، به‌طوری‌که در این محدوده شاهد تعداد زیادی حلقه چاه برای مصارف کشاورزی هستیم. انواع مختلفی از روش‌های بررسی تغییر شکل به‌طور گسترده برای اندازه‌گیری الگوی فرونشست زمین استفاده ‌شده است این پژوهش متکی بر روش سنجش از دور راداری و مطالعه میدانی است. ابتدا با استفاده از روش سنجش از دور به بررسی و پردازش داده‌ها و تصاویر ماهواره‌ای پرداخته شد. ﺑﺮای بررسی ﻧﺮخ و داﻣﻨﻪ ﻓﺮوﻧﺸﺴﺖ، از تکنیک تداخل‌سنجی راداری در بازه زمانی خاص برای پردازش تصاویر راداری استفاده گردید. تصاویر مورد استفاده مربوط به ماهواره انویست ( Envisat ) سنجندِ ASAR در باند C در بازه زمانی 2003 تا 2010 و زوج تصاویر ماهواره سنتینل (Sentinel1) در باند C در بازه 2019 تا 2020 است. نتایج حاصله از این فن نشان می‌دهد که بیشترین میزان فرونشست مربوط به محدوده‌ی زمین‌های کشاورزی در مرکز و شمال دشت، حدود 13.4 سانتی‌متر در بازه زمانی 2007 تا2010 است و همچنین در بازه 2007 تا 2008 حدود 13.1 سانتی‌متر فرونشست را شاهد هستیم. این محدوده در بررسی جدید تصاویر ماهواره Sentinel1 در بازه‌ی زمانی 2019 تا 2020 نیز فرونشست 5.9 سانتی‌متر را تجربه کرده است که نشان دهنده تداوم فرونشست در این منطقه است. برای صحت‌سنجی نتایج از آمار مربوط به چاه‌های پیزومتر استفاده گردید و نتایج نشان‌دهنده افت سطح آب‌های زیرزمینی در محدوده موردمطالعه در بازه 2007 تا 2010 است.

چکیده انگلیسی:

AbstractLand subsidence occur due to the natural and human activities. One of the main causes of subsidence is the excessive usage of groundwater resources. In the study area, due to the dry and desert area, low rainfall and lack of permanent rivers, the most use of groundwater resources is that in this area we see many wells for agricultural use. Various types of deformation surveying technique have been used widely to measure the land subsidence pattern.This research is based on radar remote sensing method and field study. First, satellite data and images were examined and processed using the remote sensing method. To investigate the temperature, the radar interference technique was used to process the radar images at specific intervals. The images used relate to the ASAR Envisat satellite in the C band from 2003 to 2010 and the pair of images of the Sentinel 1 satellite in the C band from 2019 to 2020. The results of this technique show that the highest amount of subsidence related to the agricultural lands in the center and north of the plain is about 13.4 cm in the period 2007 to 2010 and also in the period 2007 to 2008 about 13.1 cm. We see the subsidence meter. In the new study of Sentinel1 satellite images in the period 2019 to 2020, this area has also experienced a subsidence of 5.9 cm, which indicates the continuation of subsidence in this region. To verify the results, statistics related to piezometer wells were used and the results show a decrease in groundwater level in the study area in the period 2007 to 2010.

متن کامل:



 

بررسی میزان فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل­سنجی راداری(D-InSAR)

                در دشت نهبندان- سهل­آباد

 

چکیده

فرونشست زمین، براثر فعالیت­های طبیعی و انسانی رخ می­دهد. یکی از علل اصلی فرونشست استفاده بیش‌ازحد از منابع آب زیرزمینی است. در محدوده موردمطالعه به دلیل قرارگیری در ناحیه خشک و کویری، بارندگی کم و نبود رودخانه­های دائمی، بیشترین استفاده از منابع آب­های زیرزمینی است، به‌طوری‌که در این محدوده شاهد تعداد زیادی حلقه چاه برای مصارف کشاورزی هستیم. انواع مختلفی از روش‌های بررسی تغییر شکل به‌طور گسترده برای اندازه‌گیری الگوی فرونشست زمین استفاده ‌شده است. این پژوهش متکی بر روش سنجش از دور راداری و مطالعه میدانی است. ابتدا با استفاده از روش سنجش از دور به بررسی و پردازش داده­ها و تصاویر ماهواره­ای پرداخته شد. ﺑﺮاي بررسی ﻧﺮخ و داﻣﻨﻪ ﻓﺮوﻧﺸﺴﺖ، از تکنیک تداخل­سنجی راداری در بازه زمانی خاص برای پردازش تصاویر راداری استفاده گردید.  تصاویر مورد استفاده مربوط به ماهواره انویست ( Envisat ) سنجندِ ASAR در باند C در بازه زمانی 2003 تا 2010 و زوج تصاویر ماهواره سنتینل (Sentinel1) در باند C در بازه 2019 تا 2020 است. نتایج حاصله از این فن نشان می­دهد که بیشترین میزان فرونشست مربوط به محدوده­ی زمین­های کشاورزی در مرکز و شمال دشت، حدود 13.4 سانتی­متر در بازه زمانی 2007 تا2010 است و همچنین در بازه 2007 تا 2008 حدود 13.1 سانتی­متر فرونشست را شاهد هستیم. این محدوده در بررسی جدید تصاویر ماهواره Sentinel1 در بازه­ی زمانی 2019 تا 2020 نیز فرونشست 5.9 سانتی­متر را تجربه کرده است که نشان دهنده تداوم فرونشست در این منطقه است. برای صحت­سنجی نتایج از آمار مربوط به چاه­های پیزومتر استفاده گردید و نتایج نشان­دهنده افت سطح آب­های زیرزمینی در محدوده موردمطالعه در بازه 2007 تا 2010 است.

 

واژه‌های کلیدی:  تداخل سنجی راداری، نهبندان، فرونشست، افت آب­های زیرزمینی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

مقدمه 

فرونشست پدیده­ای مورفولوژیکی است که براثر پایین آمدن و یا فروافتادن زمین در سطح ایجاد می­شود، که در اثر فعالیت­های طبیعی و انسانی رخ می­دهد. از این میان بیشترین تخریب و جابجایی در اثر فعالیت­های انسانی است که در اکثر مواقع به علت ناآگاهی اتفاق می­افتد. بنا به تعریف یونسکو فرونشست عبارت است از فروریزش و یا نشست سطح زمین که به علت‌های متفاوتی در مقیاس بزرگ روی می‌دهد. به‌طورمعمول این اصطلاح به حرکت قائم رو به پایین سطح زمین که می‌تواند با بردار اندک افقی همراه باشد گفته می‌شود (16). این تعریف پدیده‌هایی همچون زمین‌لغزش‌ها را به دلیل اینکه حرکت آن‌ها  دارای بردار افقی قابل‌توجهی است و همچنین نشست در خاک‌های دستی، که دارای مکانیسم متفاوتی است شامل نمی‌شود. در بسیاری از موارد فرونشست زمین به‌صورت کند و تدریجی است و نمی­توان بدون اندازه­گیری­های دقیق و کوچک‌مقیاس متوجه آن شد، اما در بعضی از موارد می­توان با مشاهده آثار و علائم سطحی تا حدودی به وقوع این پدیده پی برد (22). به‌طورکلی عوامل عمده‌ای همچون انحلال تشکیلات زیرسطحی، تراکم رسوبات و یا افت سطح سیالات زیرزمینی  و تخلخل مواد تشکیل‌دهنده‌ی لایه­های خاک، جنس، تراکم، ساختار اقلیمی و زمین­شناسی منطقه، نحوه خروج، هدایت هیدرولیکی و دما از عوامل مؤثر در فرونشست زمین به شمار می‌روند.

از این میان يکی از علل رايج اين پديده برداشت بی‌رویه از آبخوان‌هاست (10). استخراج بی­رویه آب زیرزمینی باعث افت سطح آب زیرزمینی و کاهش فشار سیال و درنتیجه افزایش فشار میان زره­های می­شود که منجر به ایجاد تراکم و پدیده فرونشست زمین می­شود (30) و از آثار و پیامدهای خشک‌سالی است که باید با شناخت دقیق و بررسی آن، منابع آب زیرزمینی را مدیریت نمود.

در مناطق مختلفی از جهان و کشورهایی هم چون آمریکا، ژاپن، ایتالیا و تایلند، پدیده فرونشست مشاهده‌شده است. ازجمله پژوهش­های که پیرامون این پدیده در نقاط مختلف جهان انجام‌گرفته می­توان اشاره به پژوهش کاگاوا و فورونو (15) در دشت کانتو ژاپن، کرستو و همکاران (7) در شمال شرقی اسپانیا و در ونیز بوک و همکاران (6)، اشاره کرد که از روش تداخل سنجی راداری برای بررسی میزان فرونشست استفاده نموده­اند. در سطح کشور ایران نیز فرونشست زمین، در دشت‌هایی نظیر مشهد، کاشمر، اراک و یزد، رفسنجان و کرمان مشاهده و گزارش‌شده است (2). طبق تحقیقات انجام‌شده نقاط زیادی در ایران در معرض پدیده فرونشست قرار دارند که در بعضی از مناطق پژوهش­های انجام‌شده است که به‌صورت موردی بیان می­شود و درنهایت مواردی که کمتر به آن‌ها اشاره‌شده است همراه با نتایج آن‌ها ذکر می­شود.

 به‌طور مثال می­توان: در دشت یزد- اردکان ( کوهسار و همکاران، آمیغ­پی (3)، عالمی (1)، در دشت نیشابور جلینی (14) ، حشمتی و همکار(13)، در دشت­های رفسنجان، نوق- بهرمان، کرمان-زنگی­آباد،زرند، شریفی کیا (26)، معتق (18)، اسماعیلی، 2009 و شریفی کیا (27) و در دشت کبوتر آهنگ (امیری (4)، هاشمی (11) را نام برد. همچنین میرشاهی و همکاران (17) به اندازه­گیری فرونشست سطح زمین به کمک تداخل­سنجی راداری با استفاده از تصاویر تری سار ایکس( Terra SAR-X) پرداختند و به این نتیجه رسیدند که استفاده از داده­های TSX تأثیر بسزایی در نتایج حاصل از فن StaMPS داشته است و همچنین نرخ فرونشست در منطقه با داده­های انویست تنها 3 سانتیمتر به‌دست‌آمده اما با استفاده از داده­های TSX  نرخ فرونشست 12 سانتیمتر برآورد شده است. بابایی و همکاران (5) نرخ فرونشست دشت قزوین با استفاده از فناوری تداخل­سنجی راداری بین سال‌های 2003 تا 2010 را بررسی کردند و تصاویر از داده­های گرفته شد و دامنه فرونشینی حدود 30 تا 35 میلی­متر در سال در بازه موردمطالعه محاسبه شد. رفیعی و همکار(20) به تعیین میزان فرونشست بر پایه تداخل­سنجی راداری (Insar) در میدان نفتی نفت شهر در بازه زمانی 2004 تا 2010 پرداختند و مشخص کردند که در اثر برداشت نفت و گاز از سطح ذخایر زیرزمینی موجب ایجاد فرونشست شده است و نرخ متوسط آن را در بازه زمانی موردمطالعه 10 سانتی­متر در سال در اطراف چاه­های در حال بهره­برداری بود.  روزبان و همکاران (23) با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری و به‌کارگیری تصاویر سنتینل1 ( SENTINEL-1)میزان فرونشست دشت رفسنجان را بین سال‌های 2015 تا 2016 بررسی کردند. در این پژوهش نشان دادند که منطقه به­طور پیوسته در حال فرونشست است و عامل اصلی فرونشست در این دشت را با توجه به نتایج حاصله از مطالعات گذشته برداشت بی­رویه از سفره­های آب زیرزمینی دانستند. پاکدامن و همکاران (19) با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری به آشکارسازی ابعاد فرونشست فرودگاه امام خمینی در سال‌های 2005 تا 2012 پرداختند، نتایج تحقیقشان مشخص نمود که بیشترین میزان تغییرات در ضلع شرقی فرودگاه رخ‌داده است و میزان جابجایی را بیش از 10 سانتی­متر در سال برآورد کردند. در این پژوهش ما به دنبال نشان دادن توانایی روش تداخل­سنجی راداری در مناطق خشک برای میزان تغییر شکل و جابجایی سطح زمین با دقت سانتی­متری هستیم. روش­های زمینی مختلفی برای بررسی میزان نرخ فرونشست با استفاده از نقشه‌برداری، ترازیابی و سیستم موقعیت­یاب جهانی(GPS) مورداستفاده قرارگرفته است که هرکدام از این روش­ها به دلیل محدودیت­های مکانی و زمانی برای کاربران مشکلاتی را به همراه دارند. استفاده از داده­های سنجش‌ازدور تا حد زیادی مشکلات عمده را حل نموده است.

سنجش‌ازدور علم و هنر ( یا فنّاوری ) به دست آوردن اطلاعات درباره یک شی، منطقه، یا پدیده از طریق آنالیز داده­های جمع‌آوری‌شده از طریق وسایلی است که تماس مستقیم با شی‌ء، منطقه و پدیده نداشته باشد. از مهم‌ترین مزایای استفاده از سنجش‌ازدور می­توان به، عدم نیاز به دسترسی به محل و حضور فیزیکی در آن، ایجاد پوشش­های وسیع از منطقه موردمطالعه و دید کلی و جامع­تر، هزینه کمتر، نیروی انسانی کمتر، عملیات زمینی محدودتر، داده­های رقومی و امکان پردازش بیشتر و غیره را می­توان برشمرد. تقریباً هیچ شاخه­ای از علم نیست که به داد­ه­های مکانمند نیازمند نباشد و سنجش‌ازدور نتواند به آن کمک کند (4). در سال‌های اخیر استفاده از تکنیک تداخل­سنجی راداری (InSAR) فناوری جدیدی است که برای بررسی میزان تغییرات سطح مورداستفاده قرارگرفته است. تداخل سنجی راداری (InSAR) تاکنون یکی از دقیق­ترین و کم‌هزینه‌ترین روش­های سنجش‌ازدور، برای شناسایی و جابجایی­های به وجود آمده در سطح زمین بوده است. علاوه­ بر آن، در این روش به‌واسطه بهره­گیری از داده­های ماهواره­ای و قابلیت تکرارپذیری آن، پایش این پدیده در مکان موردنظر با سهولت و با کمترین هزینه امکان اجرا دارد (28). بارها به مخاطرات ناشی از پدیده فرونشست زمین اشاره گردیده است. در خراسان جنوبی نیز به دلیل خشک‌سالی­های مکرر بسیاری از دشت­ها را ممنوعه کرده است و در بعضی از موارد به دلیل کاهش شدید سطح آب زیرزمینی، پدیده فرونشست به‌صورت قابل‌توجهی دیده شد و نام دشت بحرانی- ممنوعه را آوردند. دغدغه افت آب زیرزمینی و فرونشست زمین به یک دغدغه کشوری تبدیل‌شده که البته درزمینه اندازه‌گیری و عمق بحران در سایر دشت‌های استان  باید برنامه‌های مطالعاتی انجام می‌شود. درواقع در دشت­هایی که از حد بحران گذشته امکان برگشت به شرایط ایده آل سخت است اگر به‌موقع تدبیر و مدیریت نشود بدون شك ما را متحمل آسیب‌های غیرقابل برگشتی خواهد كرد، اما با برنامه­ریزی دقیق و مطالعه در مناطق در معرض بحران می­توان از وقوع این پدیده و خطرات احتمالی ناشی از آن جلوگیری شود. با توجه به تحقیقاتی که در زمینه فرونشست انجام گرفته است و به تعدادی از آن­ها در این پژوهش اشاره شد، تکنیک تداخل­سنجی راداری در حال حاضر بهترین روش برای بررسی این مهم است. با توجه به اهمیت موضوع، در این پژوهش با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری نقشه فرونشست منطقه در دوره 17 ساله ترسیم می­شود. این نقشه­ها ابزاری مؤثر در شناسایی مناطق خطر برای برنامه­ریزان و مدیران اجرایی است که می­توانند با برنامه­ریزی دقیق و به هنگام، راهکارهای مقابله با نشست زمین ارائه‌شده و از خساراتی که ممکن است گریبان گیر این منطقه در آینده باشد جلوگیری شود.

 

­ مواد و روش­ها

در این پژوهش با استفاده از روش آزمایشگاهی- میدانی به بررسی موضوع پرداخته شد. ﺑﺮاي بررسی ﻧﺮخ و داﻣﻨﻪ ﻓﺮوﻧﺸﺴﺖ، از تکنیک تداخل­سنجی راداری در بازه زمانی خاص برای پردازش تصاویر راداری استفاده گردید. تصاویر مورداستفاده، مربوط به داده­های راداری ماهواره­­ی اروپایی انویست (Envisat) در سنجنده ASARدر باند C و زوج تصاویر ماهواره سنتینل1 (Sentinel1) در باندC  ، است (جدول1). نخست پس از اخذ تصاویر راداری خام، توسط نرم­افزار به SLC تبدیل گردید. پردازش از طریق افزونه ساراسکیپ ( SARSCAPE) در پلات فرم انوی ( ENVI) انجام شد. خطاهای مداری با استفاده از اطلاعات مداری دقیق ماهواره­ی دوریس ( Doris) از سازمان فضایی اروپا (European Space Agency) اخذشده و اصلاح گردید و همچنین از مدل رقومی ارتفاع (SRTM) باقدرت تفکیک 90 متر برای حذف اثر توپوگرافی استفاده شد تا حرکات زمینی قابل‌شناسایی باشد. با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری مناطق در معرض نشست تعیین شد.

سعی شد از تصاویری استفاده شود که بیشترین همبستگی را باهم داشته و خط­مبنای مکانی آن­ها کمترین مقدار را دارا باشد و فاصله زیادی با مقدار بحرانی آن داشته باشد (جدول2).

جدول 2. مشخصات اینترفروگرامهای پردازش‌شده تصاویر ماهوارهEnvisat

Table 2. Specifications of processed interfrograms of Envisat satellite imagery

تصویر جدید Slave Data	تصویر قدیمی Master Data	خط­مبنانی مکانی(متر)	فاصله زمانی (روز)	ابهام ارتفاعی­(متر)
24/09/2004	14/11/2003	65/45	315	9/201
23/11/2007	09/09/2005	7/186	805	3/49
11/04/2008	0909/2005	8/88	945	6/103
11/04/2008	23/11/2007	212	140	43
21/05/2010	23/11/2007	5/25	910	361
21/05/2010	11/04/2008	188	770	9/48

 

جدول 3. مشخصات اینترفروگرامهای پردازش‌شده تصاویر ماهواره Sentinel1

Table 3. Specifications of processed interferograms of Sentinel 1 satellite images

تصویر قدیمی Master Data	تصویر جدید Slave Data	خط مبنای مکان(متر)	فاصله زمانی(روز)	مد تصویربرداری
16/12/2019	04/11/2020	46/6	324	IW3-1
16/12/2019	04/11/2020	45/6	324	IW3-2
16/12/2019	04/11/2020	51/6	324	IW3-3
16/12/2019	04/11/2020	57/6	324	IW3-4
16/12/2019	04/11/2020	33/10	324	IW3-5
16/12/2019	04/11/2020	54/5	324	IW3-6

 

برای صحت نتایج، آمار تغییرات سطح ایستابی مربوط به چاه­های پیزومتر منطقه مورد ارزیابی قرار گرفت همچنین از داده­های اقلیمی(بارش، دما، میزان تبخیر، رطوبت) برای بررسی وضعیت اقلیمی منطقه استفاده گردید. برای بررسی علل فرونشست ویژگی­های مربوط به زمین­شناسی و کشاورزی و هیدرولوژی منطقه نیز موردبررسی و تحلیل قرار گرفت.

محدوده موردمطالعه

محدوده موردمطالعه واقع در جنوب استان خراسان جنوبی و در شمال شهرستان نهبندان است. این دشت بین 59درجه و 80 دقیقه تا 60 درجه و 20 دقیقه طول شرقی و 31 درجه و 40 دقیقه تا 32 درجه و 20 دقیقه عرض شمالی واقع‌شده است. طول تقریبی دشت 90 کیلومتر و عرض آن حدود 25 کیلومتر است. ازنظر شرایط اقلیمی و آب و هوایی در منطقه خشک و کویری قرارگرفته است. بیشتر نهشته­های کواترنری منطقه، از رسوبات آبرفتی و مخروط­افکنه­ای است در قسمت شمالی دشت نزدیک سهل­آباد رسوبات نمکی یافت می­شود. سطح وسیع از منطقه صاف و هموار است و بیشترین درصد آن را رسوبات ریزدانه­ی رس تشکیل داده است. سطح آب زیرزمینی در این ناحیه پایین است (21).

 

شکل 1. موقعیت منطقه موردمطالعه

Fig 1. Location of the study area

این منطقه از ساختاری گسل خورده و چین­خورده است که دریک پهنه­ی همگرا ایجادشده است. در شرق دشت گسل شیرشتر و در غرب گسل اسماعیل­آباد و در مرکز دشت گسل سهل­آباد واقع‌شده است که سرشاخه­های از گسل نهبندان خاش است. ژئومورفولوژی در منطقه موردمطالعه تابع فرایندهای زمین­شناسی، زمین­ساختی و آب‌وهوا است. این منطقه­ای پست است که شامل رسوبات کواترنر قدیم و گاه نئوژن است. ازنظر شکل سطحی از حاشیه به مرکز از مخروط­افکنه­های حاشیه، پهنه­های رسی و منطقه مرطوب تشکیل‌شده است. وضعیت هیدرولوژیکی و ژئوهیدرولوژی و وضعیت سنگ کف ازجمله عوامل کنترل‌کننده شرایط حاکم بر منطقه است.در این منطقه بارندگی بسیار کم و فاقد رودخانه دائمی است. بنابراین آب مورداستفاده برای مصارف کشاورزی از منابع آب زیرزمینی استفاده می­شود. میزان درجه حرارت بلاست و درنتیجه تبخیر هم زیاد است.

تحلیل تکنیک InSAR

در سیستم تصویربرداری راداری ( synthetic aperture radar)، یک آنتن با طول بلند شبیه­سازی می­شود. شبیه‌سازی بر این اساس انجام می­گیرد که یک عارضه می­تواند در مدت‌زمان طولانی­تر مشاهده‌شده و اطلاعات مربوط به آن جمع­آوری می­گردد. در یک سیستم تصویربرداری راداری، امواج الکترومغناطیسی را در موج­های مختلف، از چند میلی­متر تا چند سانتی­متر در تمامی شرایط آب­وهوای و شب و روز ارسال کرده و سیگنال­های بازتابی، به‌صورت مقادیر تفکیکی ثبت می­شود. در قسمت ماکروویو الکترومغناطیس معمولاً امواج با فرکانس آن‌ها شناخته می­شوند. سنجش‌ازدور راداری موج­های با فرکانس 3 تا 300 گیگاهرتز را به کار می­گیرد. بعضی از این دامنه­ها با حروف نام‌گذاری شده­اند و برای راحتی کار معمولاٌ از این نام­ها استفاده می­شود (25). سیستم رادار به شکل و جهت دید هدف توجه می‌کند. درواقع سیستم رادار از ساختار فیزیکی هدف و زاویه دید تأثیر می‌پذیرید برخلاف تصاویر اپتیک که بیشتر تحت تأثیر رنگ هدف یا ویژگی شیمیایی هدف هستند. داده‌های راداری تا حد زیادی تحت تأثیر رطوبت قرار می‌گیرند بنابراین عملکرد سیستم راداری در مناطق خیلی خشک بهتر است و در بین سیستم‌های سنجش‌ازدور، بیشتر از دیگر سیستم‌ها در اهداف نفوذ می‌کنند و اطلاعات زیرسطحی را برای ما به دست می‌آورد به‌طوری‌که می‌توان جابجایی‌ها و تغییرات را در حد میلی‌متر بررسی کرد. درروش های تداخل سنجی از اطلاعات فاز بین دو موج متفاوت برای استخراج اطلاعات مربوط به انتشار مکانی یا زمانی این امواج استفاده می‌شود. یکی از ابزارهای توانمند جهت پایش پدیده فرونشست، روش تداخل سنجی راداری است این روش با مقایسه فازهای دو تصویر راداری که از یک منطقه در دو زمان مختلف اخذشده‌اند، قادر به تعیین تغییرات سطح زمین در آن بازه زمانی است. فاز اخذشده از یک عارضه بر روی سطح زمین متناسب بافاصله آن تا سنجنده راداری است. بنابراین ایجاد تغییر در این فاصله بر روی فاز اندازه­گیری شده اثر می­گذارد (13). به کمک تکنیک تداخل سنجی راداری تصویری به نام اینترفروگرام ساخته می­شود. یک اینترفروگرام تصویری است که حاوی اختلاف دو فاز دو تصویر راداری است که به‌دقت باهم ثبت هندسی شده­اند (24). اختلاف‌فاز بین دو تصویر SAR از حاصل‌ضرب تصویر اول در مزدوج تصویر دوم به دست می‌آید: رابطه [1]

[1]

 

 

 

 

به تصویر حاصل از این ضرب مختلط، اینترفروگرام گفته می‌شود. دامنه اینترفروگرام برابر حاصل‌ضرب دامنه دو تصویر اولیه، و فاز اینترفروگرام برابر اختلاف‌فاز بین این دو تصویر است؛ بنابراین پیکسل‌های اینترفروگرام نیز دارای مقادیر مختلط هستند.

تداخل سنجی رادار دریچه مصنوعی (Interferometric Synthetic Aperture Radar) یا به‌اختصار InSAR یک تکنیک سنجش‌ازدور است که به‌منظور مطالعه حرکات سطح زمین در زمین‌لرزه ۱۹۹۲ لندرز کالیفرنیا ابداع شد. در تکنیک InSAR، دو یا چند تصویر SAR برای تولید مدل ارتفاعی رقومی (DEM: Digital Elevaation Model) یا تهیه نقشه جابجایی سطح زمین(Surface Diformation Map) به کار می‌روند. در این تکنیک، اختلاف‌فاز بین دو موج متفاوت اندازه‌گیری شده و این اختلاف‌فاز به تغییر فاصله بین سنجنده و تارگت یا جابجایی سطح زمین نسبت داده می‌شود. هرگاه دو تصویر از یک منطقه در زمان­های متفاوت داشته باشیم می­توانیم هرگونه جابجایی اتفاق افتاده در محدوده را تعیین کنیم. میزان تغییرات متناسب با نصف طول‌موج است که یک فرینچ در اینترفروگرام تولید می­کند. پس از محاسبه اینترفروگرام، تغییرات فاز ناشی از چند مؤلفه است که به‌صورت رابطه [2] است (20).

[2]

 

در این رابطه  فاز ناشی از تغییرات سطح زمین، برابراست  فاز ناشی از توپوگرافی، فاز اتمسفری(Atmospheric Phase Screen(APS)) ،  فاز جابجایی و نویز دستگاه است. به‌منظور دستیابی به فاز جابجایی سطح زمین باید اثر دیگر مؤلفه­های فاز را از بین ببریم. برای این منظور اثرات اتمسفری می‌تواند با استفاده از مدل­های جهانی اتمسفر مانند MERIS یا MODIS تصحیح گردد. مؤلفه ناشی از توپوگرافی را نیز می‌توان از طریق مدل‌های رقومی زمین حذف نمود شریفی کیا (26) و جابجایی ناشی از نویز دستگاه را هم به‌صورت صفر فرض می­کنیم. بنابراین تنها مؤلفه باقیمانده اختلاف‌فاز ناشی از تغییر شکل سطح زمین خواهد بود. پس از محاسبه اینترفروگرام، فاز به‌دست‌آمده مبهم است و در بازه [-π,π] تغییر می‌کند. برای تبدیل این فاز مبهم به فاز حقیقی از الگوریتم‌های ابهام‌زدایی فاز استفاده می‌شود که نوعی روش انتگرال‌گیری هستند. روش رفع ابهام فاز به این صورت است که در آن ناپیوستگی‌ها و پرش‌های ۲π شناسایی‌شده و مضرب صحیحی از ۲π به پیکسل‌های مربوط به این پرش اضافه می‌شود. الگوریتم‌های ابهام‌زدایی فاز به دو روش محلی و جهانی تقسیم می‌شوند. درروش های محلی پرش‌های فاز یا به عبارتی باقیمانده‌ها (Residue) شناسایی و با تشکیل درخت بین این باقیمانده‌ها، مناطق باقیمانده (Residue Area) پیدا می‌شوند. نهایتاً پس از شناسایی مناطق باقیمانده، از انتگرال‌گیری در این مناطق اجتناب می‌شود. در مقابل، در روش‌های جهانی خطای کلی ناشی از پرش‌های فاز روی کل اینترفروگرام سرشکن می‌شود.

تحلیل یافته­های تحقیق 

در این پژوهش برای بررسی میزان و دامنه فرونشست زمین در محدوده موردمطالعه از تکنیک تداخل­سنجی راداری استفاده کردیم. برای تولید نقشه­ها از زوج تصاویر راداری سنجنده ASAR در باند C در بازه زمانی 2003 تا 2010و به دلیل بروز بودن نتایج از زوج تصاویر ماهواره سنتینل1 ( Sentinel1) در باند C در سال 2019 تا 2020 استفاده شد. همچنین مدل ارتفاعی رقومی ( SRTM) استفاده گردید. تصاویری که باهم همبستگی زیادی داشتند برای انجام تداخل نگار استفاده شد به‌طوری‌که خط­مبنای مکانی و زمانی دارای کمترین مقدار باشد. زیرا تصاویر با خط­مبنای مکانی کم، نتایج بهتری برای بررسی میزان جابجایی زمین به دست می­دهد و زمانی این روش موفق عمل می­کند که خط­مبنای مکانی و زمانی از حد بحرانی کمتر باشد که در تصاویر مورداستفاده فاصله زیادی با مقدار بحرانی آن داشت. ضمناٌ با استفاده از تصاویر اخذشده با اختلاف 24 ساعته از ماهواره دوریس ( DORIS)، در افزونه سارسکیپ ( SARSCPE) مقدار جابجایی که خارج از محدوده مداری اتفاق افتاده بود اصلاح شد. برای حذف خطاهای اتمسفری به دلیل اینکه منطقه موردمطالعه با توجه به فرمول شاخص خشکی دومارتون در محدوده خشک قرار دارد، بنابراین میزان رطوبت تقریباٌ صفر است و اتمسفر نمی­تواند تأثیری در جابجایی فاز داشته باشد. خطاهای ناشی از نویز دستگاه نیز صفر فرض شد. بعد از تولید اینترفروگرام عمل فیلتر برای از بین بردن کوهرنس ایجادشده در فازها، اعمال گردید. در مرحله بعد برای تبدیل فاز مبهم به فاز حقیقی از الگوریتم­های ابهام­زدایی استفاده شد. در کل مجموعه تکنیکها بر روی تصاویر اعمال ­شد، تا آن‌ها را برای عملیات آنالیز آماده سازند درنهایت بعد از انجام عملیات مختلف بر روی تصاویر، فاز به‌دست‌آمده ناشی از جابجایی سطح زمین است به‌طوری‌که اعداد مثبت نشان‌دهنده بالاآمدگی سطح زمین و اعداد منفی نشان­دهنده میزان فرونشست یا پایین رفتن سطح زمین است.

 

شکل 2. میزان و دامنه فرونشست منطقه با استفاده از تصاویر سنجنده ASAR

Fig 2. Extent and extent of subsidence of the area using ASAR sensor images

با توجه به خروجی تصاویر مشخص است که بیشترین جابجایی در بازه زمانی 2007 تا 2010 در محدوده زمین­های کشاورزی و مزارع روستاهای سهل­آباد، چاهدراز و همچنین در محدوده چاه­های عمیق در تگ ذهاب است. و در این محدوده بیشترین میزان حلقه چاه عمیق برای مصارف کشاورزی را در روستای چاهدراز داریم که حدود 15 حلقه است. علاوه بر این فرونشست قابل‌توجهی در بازه 2007 تا 2008 به میزان 13.1 سانتی‌متر را شاهد هستیم (شکل2). با توجه به شش خروجی از منطقه مشخص است که هرساله میزانی فرونشست در منطقه وجود دارد گرچه کمی محدوده فرونشست تغییر نموده است ولی در همه­ی خروجی­ها، نشانگر بیشترین فرونشست در قسمت شمالی و مرکزی دشت است.

جدول 3.  نرخ حداکثر فرونشست در دشت نهبندان- سهل­آباد در بازه موردمطالعه

Table 3. Maximum subsidence rate in Nehbandan-Sahlabad plain in the studied period

2020-2019	2010-2008	2010-2007	2008-2007	2008-2005	2007-2005	2004-2003	بازه زمانی
9/5	1/8	1/13	4/13	8/11	3/8	10	حداکثر فرونشست(سانتی­متر)

 

درواقع فرونشست در این محدوده بیشتر تهدیدی برای زمین­های کشاورزی است و ترک‌هایی در زمین مشاهده می‌شود. همچنین فرونشست­ها کم‌کم به سمت خانه‌ها و منازل مردم می‌رود كه اگر تدبیری اندیشیده نشود، تهدیدی برای زندگی روستانشینان این منطقه خواهد بود. درواقع در همه­ی بازه موردمطالعه مقدار فرونشست قابل­توجهی در محدوده را شاهد هستیم (جدول3).

 

 

شکل 3. میزان و دامنه فرونشست منطقه با استفاده از تصاویر سنجنده ASAR

Table 3. Maximum subsidence rate in Nehbandan-Sahlabad plain in the studied period

 

در بازه زمانی 2008 تا 2010 گرچه میزان فرونشست کمتر از سایر دوره­ها است ولی وسعت منطقه فرونشست به‌مراتب بیشتر شده است، به صورتی که منطقه زیادی درگیر فرونشست است (شکل3). و مشخص است که فرونشست به محدوده روستا و مناطق مسکونی نیز رسیده است.

 

شکل 4. میزان و دامنه فرونشست منطقه با استفاده از تصاویر سنجنده ASAR

Table 4. Maximum subsidence rate in Nehbandan-Sahlabad plain in the studied period

در این محدوده میزان نزولات جوی بسیار کم است و به دلیل دمای بالا تبخیر سالانه بیش از بارش است و تقریباٌ آب­های سطحی در منطقه وجود ندارد بنابراین در همه­ی فصول سال آبیاری اتفاق می­افتد و فصل بارندگی با سایر فصول، تغییر چندانی رخ نمی­دهد(نمودار1).

به‌منظور بررسی آمار جدید به پردازش زوج تصاویر سنتینل و 6 تداخل‌نگاشت، محدوده موردمطالعه در مد تصویربرداریIW در محدوده زمانی2019تا 2020 بود، پرداخته شد. با توجه به تحلیل و بررسی نتایج سری­های زمانی، نشان می­دهد، منطقه به­طور پیوسته در تمام قسمت­های دشت بخصوص در محدوده مناطق مسکونی و اراضی کشاورزی، فرونشینی داشته است. نرخ فرونشست حدود 5.9 سانتی­متر در سال بوده است(شکل4).

 

شکل 5. میزان و دامنه فرونشست منطقه با استفاده از تصاویر Sentinel-1

Fig 5. Extent and extent of subsidence in the area using Sentinel-1 images

با توجه به وابستگی زیاد مردم این منطقه به کشاورزی و از طرفی آبیاری­های غیراستاندارد، منجر به برداشت بی­رویه آب زیرزمینی شده است. تمام ظرفیت سفره­های آب زیرزمینی محدوده موردمطالعه برای کشاورزی به روش سنتی استفاده می­شود و با توجه به آماری که سازمان آب و منطقه­ای منطقه منتشر کرده است حدود 90 درصد آب استحصالی در بخش کشاورزی استفاده می­شود. در همین ارتباط برای تحقق راهكار عملی موضوع، نه‌تنها باید مانع از افت آب زیرزمینی شد بلكه باید برای به تعادل رسیدن منابع آب زیرزمینی افت سال‌های گذشته را نیز جبران كرد.

 

شکل 6. نمودار روند تغییرات دما و بارش در بازه2003 تا 2010 در نهبندان

Fig 6: Trend of temperature and precipitation changes in the period 2003 to 2010 in Nehbandan

برای صحت­سنجی نتایج به‌دست‌آمده، از آمار مربوط به چاه­های پیزومتر منطقه که حدود 14 حلقه چاه بود مورداستفاده قرار گرفت. اگرچه در این آمار روند تغییرات سطح آب زیرزمینی نامنظم بوده است، اما بیشترین افت آب زیرزمینی مربوط به بازه 2007 تا 2010 است که بیشترین میزان فرونشست را هم در همین بازه به میزان 13.4 سانتی‌متر داشتیم (نمودار2).

 

شکل 7 . نمودار روند تغییرات سطح آب زیرزمینی در بازه 2003 تا 2010 در محدوده نهبندان(سانتی­متر)

Fig7: The trend of groundwater level changes in the period 2003 to 2010 in the range of Nehbandan (cm)

بحث و نتیجه­گیری 

نتایج حاصل از این پژوهش، همانند پژوهش­های که در دشت کانتو ژاپن، شمال شرقی اسپانیا، ونیز و همچنین در دشت­های رفسنجان، نوق- بهرمان، یزد-اردکان، نیشابور و مشهد انجام گرفت، نشان می­دهد که روش تداخل­سنجی راداری(InSAR) برای بررسی تغییرات سطح زمین به‌ویژه پدیده فرونشست، روشی مؤثر و کارآمد است. در اکثر پژوهش­های انجام شده در مورد پدیده فرونشست در دشت­های ایران، عامل فرونشست را برداشت از آب­های زیرزمینی و دیگر ذخایر زیرزمینی عنوان کردند که این تأییدی بر صحت نتایج این پژوهش است. ازجمله می­توان به تحقیقاتی که در دشت قزوین، میدان نفتی نفت­شهر و دشت رفسنجان اشاره کرد. همچنین قره چلو و همکاران () پژوهشی در مورد فرونشست دشت مشهد در ارتباط با آب­های زیرزمینی با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری انجام داده­اند که همانند پژوهش حاضر حداکثر میزان فرونشست را در محدوده کاربری­های زراعی برآورد کردند که بیشترین سهم را در برداشت از آب­های زیرزمینی دارا است. استفاده از این روش برای مطالعه در مناطق خشک که معمولاً فاقد رطوبت هستند و پوشش گیاهی اندک است، به دلیل اینکه خطاهای اتمسفری و ناهمدوسی فاز به حداقل می­رسد، کارایی آن بیشتر است. فرونشست زمین یک مخاطره ژئومورفیک محسوب می­شود که سالانه خسارات زیادی به تأسیسات و زیرساخت­ها وارد می­کند. ساختار اقلیمی و زمین­شناسی منطقه، دما، جنس، تراکم خاک و مواد تشکیل‌دهنده‌ی خاک، از عوامل مؤثر در فرونشینی زمین است. از این میان مهم­ترین علت رخداد پدیده فرونشست، افزایش برداشت از سفره­های زیرزمینی است که متأسفانه خشک‌سالی‌های درازمدت در این منطقه این موضوع را تشدید کرده است که در محدوده­های مختلف شدت و ضعف دارد. دشت نهبندان- سهل­آباد نیز همانند اکثر دشت­های ایران در حال فرونشینی است که در سال­های اخیر، نشست قابل‌توجهی را شاهد هستیم. با توجه به پژوهش حاضر بیشترین فرونشست در محدوده زمین­های کشاورزی و مزارع روستاهای سهل­آباد و چاهدراز و محدوده­ی چاه­­های عمیق تگ ذهاب به میزان 13.1سانتی­متر در بازه 2007 تا 2008 است. این محدوده در بررسی جدید تصاویر ماهواره سنتینل در بازه­ی زمانی 2019 تا 2020 نیز شاهد فرونشست 5.9سانتی­متر است. و این مشخص‌کننده‌ی این است که هرساله میزانی فرونشست با اندکی جابجایی در منطقه وجود دارد. این پدیده تهدیدی برای زمین­های کشاورزی و منازل مسکونی در روستاهای اطراف محسوب می­شود و باید تدبیری جدی اندیشیده شود. در این منطقه میزان نزولات جوی بسیار کم بوده و با توجه به دمای بالای هوا و تبخیر شدید، تقریباً آب سطحی وجود ندارد. اضافه برداشت از چاه­های مجاز از علل عمده این پدیده است به صورتی که کشاورزان بدون توجه به حد مجاز استفاده، به‌قدری از آب زیرزمینی استفاده می­کنند که بارندگی اندک در منطقه امکان تغذیه مجدد را فراهم نمی­کند. پدیده فرونشست در اکثر مناطق به دلیل کسری مخزن رخ می­دهد که در منطقه موردمطالعه سطح زیرزمینی ما در حال افت است و راهکار مقابله با آن نداریم و باید مناطق خطرپذیر با این قبیل روش­ها شناسایی کرد و بر اساس این مطالعات چاره­اندیشی کنیم. درواقع نتیجه اینکه افت سطح آب­های زیرزمینی در مکان­های مختلف موجب فرونشست شده است در پژوهش­های مختلف موردبحث قرارگرفته است و همچنین کار آیی روش تداخل­سنجی بارها به اثبات رسیده است. در این پژوهش نیز مشخص شد که با استفاده از تکنیک تداخل­سنجی راداری(InSAR) می­توان مناطق در معرض نشست در منطقه را شناسایی نمود و برای برنامه­ریزی­های آتی در منطقه از این روش کمک گرفت. از جمله کاستی­های که در انجام این پژوهش دیده می­شود می­توان به عدم بررسی ارتفاعات اطراف منطقه اشاره کرد که در این صورت می­توانستیم با قاطعیت بیشتری به نقش افت آب­های زیرزمینی در پدیده فرونشست اشاره کنیم و امید است در تحقیقات آتی  به نقش تکتونیک در ارتباط با فرونشست پرداخته شود. 

 

Reference

1.       Alemi, A (2002), Investigation of Causes of Landslide in Yazd-Ardakan Plain, Third International Conference on Geotechnical Engineering and Soil Mechanics in Iran(In Persion)

2.       Alipour Ardi, M, Malek Mohammadi, B, Jafari, HR (2016), Zoning of land subsidence risk due to groundwater level drop using fuzzy hierarchical analysis model (Case study: Ardabil plain), Journal of Science And Watershed Management Engineering of Iran, No. 38, p.25(In Persion)

3.       Amigupi, M, Arabi,S, Talebi,A (2009), Investigation of subsidence of Yazd plain using radar interferometry and accurate leveling, Journal of Earth Sciences, 20th year, pp. 157-163(In Persion)

4.       Amiri, M (2005), The relationship between the sinkholes of Famin-Kaboudar Ahang-Nahavand plain with the floor rock of the region, Journal of Earth Sciences, Volume 15, Number 58, pp. 147-134

5.       Babaei, S, Mousavi, Z, Roustaei, M (2016), Measurement of subsidence rate in Qazvin plain using radar interferometry technology between 2003 and 2010, National Geomatics Conference(In Persion)

6.       Bock, Y, Wdowinski, S, Ferretti, A, Novali, F, Fumagalli, A (2012), Recent subsidence of the Venice Lagoon from continuous GPS and interferometric synthetic aperture radar, Research Letter Volume 13, Number 3 28 March 2012 Q03023, doi: 10.1029/2011GC003976 ISSN: 1525-2027

7.       Crosetto et al,) 2002(, Subsidence monitoring using SAR interferometry: Reduction of the atmospheric effects using stochastic filtering, Geophysical Researech Letters, 29(9): 26.1-26.4.

8.       Esmaili, M. & M. Motagh(2009) "Remote Sensing Measurements of Land Subsidence in Kerman Valley, Iran, 2003-2009", American Geophysical Union, Fall Meeting , Abstract, NH43C-

9.       Fatemi, SB, Rezaei, Y (2017) Fundamentals of Remote Sensing, Azadeh Publications, Fifth Edition(In Persion)

10.       Gharehloo,S, Akbari Ghouchani, H, Glian, S, Ganji, K (1400) Evaluation of land subsidence in relation to groundwater with the help of Sentinel 1 and Alous 1 satellite data (study area: Mashhad plain), Journal of Remote Sensing and GIS in Natural Resources, Year 12, Number 3,PP, 40-61

11.       Hafezi Moqaddas, N, Ghafouri, M (2009), Environmental Geology, First Edition, Shahroud University of Technology Press, Shahroud. (In Persion)

12.       Hashemi, A(2002), Investigation of the causes of general land subsidence and the formation of depressions in Famenin plain and ways to deal with it, Master Thesis, Faculty of Water and Power Industry(In Persion)

13.       Hatami, I, Bahramabadi, B (2010), A Study of Water Resources in Arid and Desert Areas and Its Impact on Troops and Equipment, Quarterly Journal of Military Science and Technology, Year 7, No. 19, pp. 53-68(In Persion)

14.       Heshmati, S, Al-Modarressi, SA (2015), Modeling of subsidence in Neishabour plain using time series and DINSAR technique, Journal of Geography and Environmental Planning, Volume 26, Number 1, pp. 84-67(In Persion)

15.       Jelini, M, Sepehr,A, Lashkaripour,GH, Rashki, AR (2017), Investigation of morphometric correlation of subsidence cracks with edaphic variability in Neishabour plain, Quantitative Geomorphological Research, Fifth Year, No. 4, pp. 75- 59(In Persion)

16.       KAGAWA, A, & FURUNO. K(2010), Land subsidence monitoring system in the southeast part of Kanto groundwater basin, Japan, Land Subsidence, Associated Hazards and the Role of Natural Resources Development (Proceedings of EISOLS 2010, Querétaro, Mexico, 17–22 October 2010). IAHS Publ. 339, 2010, 339-344.

17.       Mahshadnia, F(2005), A Review of the Regional Zone Meeting in Iran and the Compilation of a Landslide Database, National Geosciences Database, Geological Survey of Iran(In Persion)

18.       Mirshahi, F S, Valadan zoj, M J, Dehghani, M, Hashemi Aminabadi, SM (2013), Measurement of land subsidence using radar interferometry technique using TerraSAR-X images, 20th National Conference Geomatics(In Persion)

19.       Motagh, M., T. R. Walter, M. A. Sharifi, E. Fielding, A. Schenk, J. Anderssohn & J. Zschau,(2008) "Land Subsidence in Iran Caused by Widespread Water Reservoir Overexploitation", Geophysical Research

20.       Pakdaman, MS, Safbirranvand, P, Al-Modarressi, A (2014), Detection of subsidence dimensions of Imam Khomeini Airport using radar interferometry, National Conference on Application of Advanced Spatial Analysis Models (Remote Sensing and GIS) in Land Management(In Persion)

21.       Rafiei, J, Sedighi, M (2016), Determination of subsidence based on radar interference (Insar) in Naftshahr oil field, National Geomatics Conference Volume 23(In Persion)

22.       Ra'is al-Sadat, S N, Zarrinkoob, MH, Khatib, MM (2012), Plateau Geology of Sahl-Abad-East of Iran, Geography and Development No. 28 pp. 116-132(In Persion)

23.       Ravanfar, SM(2015), Land subsidence assessment using raster model in GIS environment, Master Thesis under the guidance of Dr. Mahmoud Reza Shaghaghian, Islamic Azad University, Marvdasht Branch, Department of Civil Engineering, p. 4(In Persion)

24.       Roozban, A, Esmaili, A, Motagh, A (2016), Investigation of land subsidence using radar differential interferometry (DINSAR) and SENTINEL images, 2nd National Conference on Spatial Information Technology Engineering, Khajeh Nasir al-Din Tusi College(In Persion)

25.       Salehi, R, Ghafouri,M, Lashkaripour, GHR, Dehghani, M (2013), Study of subsidence of South Mahyar plain using radar interferometry method, Quarterly Journal of Irrigation and Water Engineering, Year 3, Issue 11, pp. 47-57(In Persion)

26.       Seif, A , Entezari, M (2008), Principles of Radar Imaging Systems, Sepehr, Volume 17, Number 66, pp. 35-42(In Persion)

27.       Sharifi Kia, M (2012) Determining the extent and amplitude of land subsidence using radar interference (D-InSAR) method in Nogh-Bahrman plain, Spatial Planning and Planning, Volume 16, Number 3, pp. 55-77(In Persion)

28.       Sharifikia, M.,(2009), D-InSAR Data Processing and Analysis for Mapping Land Subsidence Phenomenon in Rafsanjan Area, Iran M.Tech Thesis, Submitted to Andra University -India,

29.       Sheikhi Koohsar, Z, Al-Modarressi, SA, Sarkargar Ardakani, A (2014), Determining the amount and amplitude of land subsidence using radar differential interferometry in Yazd Ardakan plain, 21st National Geomatics Conference(In Persion)

30.       Synthetic Aperture Radar Land Applications Tutorial, Part I: Background and Theory, Prepared by ESSA”, 2009.

31.       Terzaghi, K., 1925- Principles of soil mechanics, IV: settlement and consolidation of clay, Eng. News Rec., 95(3), 874–878

 

 

 

 

 

Investigation of ground subsidence rate using radar interferometry (D-InSAR)

In Nabahband – Sahelabad Plain

 

 

Abstract

Land subsidence occur due to the natural and human activities. One of the main causes of subsidence is the excessive usage of groundwater resources. In the study area, due to the dry and desert area, low rainfall and lack of permanent rivers, the most use of groundwater resources is that in this area we see many wells for agricultural use. Various types of deformation surveying technique have been used widely to measure the land subsidence pattern. In this study, to investigate the subsidence domain by D-Insar Radar Interferometry technique from 2003 to 2010 by using Envisat satellite images of the ASAR probe in C-band. The results of this technique show that the highest amount of subsidence is related to the area of ​​agricultural land about 13.4 cm in the period 2007 to 2010 and also in the period 2007 to 2008 about 13.1 cm in the center and north of the plain. This range also shows a 5.9 cm subsidence in the new study of Sentinel1 satellite images in the period 2019 to 2020. Statistics of the Piezometric data is used to validate the results and the groundwater level declines in the mentioned area from 2007 to 2010.

 

 

 

Keywords: Radar Interferometry, Nehbandan, Subsidence, ASAR-Envisat

 

 

 بررسی میزان فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل­سنجی راداری(D-InSAR)

در دشت نهبندان- سهل­آباد 

 

چکیده مبسوط 

تخلیه و جابجایی یا فرونشست زمین، براثر فعالیت­های طبیعی و انسانی رخ می­دهد. از این میان بیشترین تخریب و جابجایی در اثر فعالیت­های انسانی است که در اکثر مواقع به علت ناآگاهی اتفاق می­افتد و مشکلات زیادی را برای زمین­های کشاورزی، مناطق مسکونی، پل­های ارتباطی و تأسیسات وارد می­کند. یکی از علل اصلی فرونشست استفاده بیش‌ازحد از منابع آب زیرزمینی است. انواع مختلفی از روش‌های بررسی تغییر شکل به‌طور گسترده برای اندازه‌گیری الگوی فرونشست زمین استفاده‌شده است که در این پژوهش برای بررسی دامنه فرونشست دشت از تکنیک تداخل­سنجی راداری (D-Insar) در بازه زمانی 2003 تا 2010 از تصاویر ماهواره­ای Envisat سنجنده ASAR در باند  Cاستفاده شد. نتایج حاصله از این تکنیک نشان می­دهد که بیشترین میزان فرونشست مربوط به محدوده­ی زمین­های کشاورزی در مرکز و شمال دشت است که حدود 13.4 سانتی­متر در بازه زمانی 2007تا2010 است و همچنین در بازه 2007 تا 2008 حدود 13.1 سانتی­متر فرونشست به دست آمد. برای صحت­سنجی نتایج از آمار مربوط به چاه­های پیزومتر استفاده گردید و نتایج نشان­دهنده افت سطح آب­های زیرزمینی در محدوده موردمطالعه در بازه 2007 تا 2010 است.

واژگان کلیدی: تداخل سنجی راداری، نهبندان، فرونشست، ASAR-Envisat

مقدمه

در مناطق مختلفی از جهان و کشورهایی هم چون آمریکا، ژاپن، ایتالیا و تایلند، پدیده فرونشست مشاهده‌شده است. در سطح کشور ایران نیز فرونشست زمین، در دشت‌هایی نظیر مشهد، کاشمر، اراک و یزد، رفسنجان و کرمان مشاهده و گزارش‌شده است عالی پور اردی (2). طبق تحقیقات انجام‌شده نقاط زیادی در ایران در معرض پدیده فرونشست قرار دارند که در بعضی از مناطق پژوهش­های انجام‌شده است که به‌صورت موردی بیان می­شود و درنهایت مواردی که کمتر به آن‌ها اشاره‌شده است همراه با نتایج آن‌ها ذکر می­شود. به‌طور مثال می­توان: در دشت یزد- اردکان( کوهسار و همکاران ،1393، آمیغ­پی، 1388، عالمی،1381)، در دشت نیشابور(جلینی،1396، حشمتی و همکار،1391)، در دشت­های رفسنجان، نوق- بهرمان، کرمان-زنگی­آباد،زرند ( شریفی کیا،1391، معتق، 2008، اسماعیلی، 2009 و شریفی کیا، 2009) و در دشت کبوتر آهنگ(امیری،1384، هاشمی،1381) را نام برد. در این پژوهش ما به دنبال بررسی میزان جابجایی سطح زمین در منطقه موردمطالعه با روش تداخل­سنجی راداری هستیم تا ضمن نشان دادن موثربودن این روش، با برنامه­ریزی دقیق و به هنگام، راهکارهای مقابله با نشست زمین ارائه‌شده و از خساراتی که ممکن است این منطقه در آینده گریبان گیر آن باشد جلوگیری شود.

مواد و روش­ها

در این پژوهش با استفاده از روش آزمایشگاهی- میدانی به بررسی موضوع پرداخته شد. ﺑﺮاي بررسی ﻧﺮخ و داﻣﻨﻪ ﻓﺮوﻧﺸﺴﺖ، از تکنیک تداخل­سنجی راداری در بازه زمانی خاص برای پردازش تصاویر راداری استفاده گردید. تصاویر مورداستفاده، مربوط به داده­های راداری ماهواره­­ی اروپایی انویست در سنجنده ASARدر باند C است. پردازش از طریق نرم­افزار اختصاصی SARSCAPE در پلات­فرم ENVI انجام شد.

تحلیل یافته­های تحقیق و نتیجه‌گیری

دشت نهبندان- سهل­آباد نیز همانند اکثر دشت­های ایران در حال فرونشینی است که در سال­های اخیر، نشست قابل‌توجهی را شاهد هستیم. با توجه به پژوهش حاضر بیشترین فرونشست در محدوده زمین­های کشاورزی و مزارع روستاهای سهل­آباد و چاهدراز و محدوده­ی چاه­­های عمیق تگ ذهاب به میزان 1/13 سانتی­متر در بازه 2007 تا 2008 است. این محدوده در بررسی جدید تصاویر ماهواره سنتینل در بازه­ی زمانی 2019 تا 2020 نیز شاهد فرونشست 9/5 سانتی­متر است. با توجه به تصاویر خروجی از منطقه مشخص است که هرساله میزانی فرونشست در منطقه وجود دارد گرچه کمی محدوده فرونشست تغییر نموده است ولی در همه­ی خروجی­ها، نشانگر بیشترین فرونشست در قسمت شمالی و مرکزی دشت است. نتایج حاصل از این پژوهش، همانند سایر پژوهش‌های انجام‌گرفته با این روش، نشان می­دهد که روش تداخل­سنجی راداری(InSAR) برای بررسی تغییرات سطح زمین به‌ویژه پدیده فرونشست، روشی مؤثر و کارآمد است. علاوه براین، استفاده از این روش برای مطالعه در مناطق خشک که معمولاً فاقد رطوبت هستند و پوشش گیاهی اندک است، به دلیل اینکه خطاهای اتمسفری و ناهمدوسی فاز به حداقل می­رسد، کارایی آن بیشتر است.

 

Investigation of ground subsidence rate using radar interferometry (D-InSAR)

In Nabahband – Sahelabad Plain

 

 

Abstract

The evacuation and relocation Earth occur due to the natural and human activities. Hence, human activities are the most important factor of destruction and displacement which happen due to unaware of people. They could create some problems for agricultural lands, residential areas, bridges and facilities. One of the main causes of subsidence is the excessive usage of groundwater resources. Various types of deformation Surviving technique have been used widely to measure the land subsidence pattern. In this study, to investigate the subsidence domain by D-Insar Radar Interferometry technique from 2003 to 2010 by using Envisat satellite images of the ASAR probe in C-band. The results of this technique show that the highest amount of subsidence is related to the area of ​​agricultural land about 13.4 cm in the period 2007 to 2010 and also in the period 2007 to 2008 about 13.1 cm in the center and north of the plain. Statistics of the Piezometric data is used to validate the results and the groundwater level declines in the mentioned area from 2007 to 2010.

Introduction

The subsidence has observed in many parts of the world and countries such as the US, Japan, Italy and Thailand. Also it has observed and reported on the surface of Iran, in plains such as Mashhad, Kashmar, Arak and Yazd, Rafsanjan and Kerman (Aalipour Ardi, 1395: 25). According to researches, many places in Iran are subject to the phenomenon of subsidence, which has been studied in some areas. For example, in Yazd-Ardakan plain (Kouhsar et al., 2014; Amyghpi, 2009, Alami, 2002), in Neyshabur plain (Jalini, 1396, Heshmati et al., 2012), in Rafsanjan plain. , Nog-Bahrman, Kerman-Zangiabad, Zarand (Sharifikia, 2012; Sharifikia, 2009; Esmaile, 2009; Motagh, 2008), and in the pigeon-plaque (Amiri, 2005, Hashemi, 2002). In this study, we are investigating the extent of land surface displacement in the study area using radar interferometry to demonstrate the effectiveness of this method by providing accurate and timely planning of proposed ground based solutions and possible damages. It is to be avoided in the future.

Materials and Methods

In this study, the subject was investigated using field-laboratory method. Radar interferometry technique was used to process radar images to investigate the rate and the range of the crown. The images used are from the Envisat European satellite radar data in the C-band ASAR sensor. Processing was done through the proprietary software SARSCAPE on the ENVI platform.

Analysis of research findings and conclusions

Nehbandan-Sahlabad plain, like most plains in Iran, is sinking and we have witnessed a significant meeting in recent years. According to the present study, the highest subsidence is in the area of agricultural lands and farms of Sahlabad and Chahdraz villages and the area of deep wells of Tag Zahab by 13.1 cm in the period 2007 to 2008. This range in the new study of Sentinel satellite images in the period 2019 to 2020 also shows a subsidence of 5.9 cm.According to the outlet images of the area, it is clear that there is a decrease in the amount of subsidence in the area each year. Although the extent of the subsidence has changed slightly, it shows the highest subsidence in the northern and central parts of the plain. The results of this study, like other experiments carried out with this method, show that the Radar Interferometry (InSAR) method is an effective and efficient method for investigating land surface changes especially subsidence phenomena. In addition, it is more efficient to study in dry areas where there is usually no moisture and little vegetation, because the atmospheric and asynchronous phase errors are minimized.

 

Keywords: Radar Interferometry, Asbestos, Subsidence, ASAR-Envisat

1

 

---

مقالات مرتبط