بررسی میزان فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخلسنجی راداری(D-InSAR) در دشت نهبندان- سهلآباد
الموضوعات :
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)
الکلمات المفتاحية: واژه‌های کلیدی: تداخل سنجی راداری, افت آب های زیرزمینی, فرونشست, نهبندان,
ملخص المقالة :
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.
_||_
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
|
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
