Investigating the subsidence of Mashhad city using radar interferometry

Subject Areas : Geomorphology

Received: 2023-07-15 Accepted : 2025-01-06 Published : 2025-03-01

Keywords: Interferometry, subsidence, Sentinel 1, Mashhad city, groundwater level drop,

Abstract :

The phenomenon of subsidence, one of the geomorphic hazards, has reached a critical stage in recent years in parts of the country, including parts of the Mashhad Plain, and has severely limited development, structural, and agricultural programs in these areas. Mashhad is the second largest metropolis in Iran and is located in the Mashhad Plain in an arid and semi-arid climate. Due to excessive extraction of groundwater resources, subsidence effects have been observed in the form of ground cracks and cracks in the walls of residential structures in the northwest of Mashhad. Radar interferometry techniques are a powerful tool in estimating subsidence with accuracy in the millimeter range using phase observations. In this article, Sentinel 1A satellite data from 2017 to 2021 were used to monitor subsidence in Mashhad. Sentinel 2 images from 2020 were also used to monitor rainfed and irrigated agriculture in the region. The results of radar interferometry studies showed that 44 cm of subsidence occurred in the study area during the statistical period. Next, in order to find the cause of subsidence, information from piezometric wells in the area was collected and their changes were examined during the period 1370-1398. The amount of subsidence recorded for each period was 6 cm for 2017-2018, about 12 cm for the period 2018-2019, 15 cm for the period 2019-2020, and 11 cm for the period 2020-2021, respectively. According to the results obtained, the groundwater level in areas with land subsidence has decreased. Especially in the villages of Mehdi Abad, Shahr Danesh, Mashhad Qoli, etc., which have the highest rate of groundwater level decline and are also in a high subsidence risk zone. One of the main reasons for land subsidence in the study area is excessive extraction of groundwater resources.

References:

1- ابراهیمی، عطرین. قاسمی، افشان. گنجائیان، حمید (2020): پایش میزان فرونشست محدوده شهری پاکدشت با استفاده از روش تداخل‌سنجی راداری. جغرافیا و روابط انسانی، دوره 2، شماره 8، صص 41-29.
2- آقایاری، لیلا. عابدینی، موسی. اصغری سراسکانرود، صیاد. (1400): برآورد میزان فرونشست با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و پارامترهای آب‌های زیرزمینی و کاربری اراضی (مطالعه موردی: دشت اردبیل). سال یازدهم، شماره 1، صص 132-117.
3- اصغری سرکانرود، صیاد. محمد زاده شیشه گران، مریم. (1401): برآورد میزان فرونشست با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و پارامترهای آب‌های زیرزمینی و کاربری اراضی (مطالعه موردی: دشت شهریار). پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، سال 10، شماره 1.
4- خرمی، محمد. ابریشمی، سعید. مقصودی، یاسر. (1398): تعیین فرونشست شهر مشهد به روش تداخل‌سنجی راداری پراکنش گر دائمی. نشریه مهندسی عمران امیرکبیر، دوره 51 شماره 6، صص 1204-1189.
5- دولتی، ج. لشکری‌پور، غلامرضا. حافظی مقدس، ن. صالحی متعهد، فهیمه. (1395): بررسی روند توسعه اثرات و مکانیسم فرونشست زمین در دشت مشهد. همایش تخصصی پدیده فرونشست زمین در ایران.
6- دهقانی، مریم. صالحی، رضا (1392): بررسی فرونشست دشت مهیار جنوبی با استفاده از روش تداخل سنجی راداری. آبیاری و آب ایران، دوره 3، صص 47-57.
7- سازمان آب منطقه‌ای شهرستان مشهد. (1399).
8- شفیعی، نجمه. مختاری، لیلا. امیر احمدی، ابوالقاسم. زندی، رحمان. (1399): بررسی فرونشست دشت نور آباد با استفاده از روش تداخل‌سنجی راداری. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، سال هشتم، شماره 4، صص 111-93.
9- عابدینی، موسی، (1396): مبانی فرونشست زمین (مخاطرات هیدروژئومورفولوژی و مدیریت محیط). انتشارات دانشگاه محقق اردبیلی، چاپ یکم.
10- فتح‌اللهی، نرگس. آخوندزاده هنزائی، مهدی. بحرودی، عباس. (1396): بررسی فرونشست زمین در اثر استخراج مواد نفتی با استفاده از روش تداخل‌سنجی رادار. مجله سپهر، دوره 72، شماره 105، صص 43-23.
11- لشکری پور، غلامرضا. غفوری، محمد. رستمی بارانی، حمیدرضا. (1387): بررسی علل تشکیل شکاف‌ها و فرونشست زمین در غرب دشت کاشمر. مجله مطالعات زمین‌شناسی، شماره 1.
12- مرادی، آیدین. عمادالدین، سمیه. آرخی، صالح. رضائی، خلیل. (1399): تحلیل زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری اطلاعات چاه‌های ژئوتکنیکی و پیزومتری. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال هفتم، شماره 1، صص 176-153.
13- Agustan,A. Sulaiman, A.Ito,A. (2016): Measuring Deformation In Jakarta Through Long Trm Synthetic Aperature Radar(SAR) Data Analysis.
14- Bhattarai, R. Alifu, H. Maitiniyazi, A. Kondoh. (2017):. Detection Of Land Subsidence In Kathmandu Valley, Nepal, Using Dinsar Technique, Land 2017, 6(2, 1-178).
15- Chen, B. Gong, H. Chen, Y. Li, X. Zhou, C. Lei, K, Zhu, L. Zhao, X. (2020): Land Subsidence And Its Relation With Groundwater Aquifers In Beijing Plain Of China, Science Of The Total Environment.
16- Chen, M. Tomás, R. Li, Zh. Motagh, M. Li, T. Hu, L. Gong, H. Li, X. Yu, J. Gong, X. (2016): Imaging Land Subsidence Induced By Groundwater Extraction In Beijing (China) Using Satellite Radar Interferometry, Remote Sens, 8(6), 468p.
17- De Graaf, I.E. Van Beek, R.L. Gleeson, T. Moosdorf, N. Schmitz, O. Sutanudjaja, E.H. And Bierkens, M.F. (2017): A Global-Scale Two-Layer Transient Groundwater Model: Development And Application To Groundwater Depletion, Advances In Water Resources, 102, Pp. 53-67.
18- Du, Y. Feng, G. Peng, X. Li, Z (2017): Subsidence Evolution Of The Leizhou Peninsula, China, Based On Insar Observation From 1992 To 2010, Appl. Sci. 2017, 7, 466; Doi:10.3390/App7050466
19- Galloway, D.L. Burbey, T.J. (2011): Review: Regional Land Subsidence Accompanying Groundwater Extraction, Hydrogeology Journal, 19: Pp.1459-1486.
20- Goorabi, A. Karimi, M. Yamani, M. Perissin, D. (2020): Land Subsidence In Isfahan Metropolitan And Its Relationship With Geological And Geomorphological Settings Revealed By Sentinel-1A Insar Observations. Journal Of Arid Environments,181.
21- Guo, J. Lv Zhou; Chaolong Yao; Jiyuan Hu. (2016): Surface Subsidence Analysis By Multi-Temporal Insar And GRACE: A Case Study In Beijing, Sensors.Pp.1-18.
22- Jeanne, P. Faar, T. G. Rutqvist, J. Vasco, D. W. (2019): Role Of Agricultural Activity On Land Subsidence In The Jouquin Valley, California, Journal Of Hydrology, Vol. 569, Pp.462 -469.
23- Minh, D. H. T. Tran. Q, C. Pham, Q.N, Dang, T, Nguyen, D.A, El-Moussaw, A. (2020): "Measuring Ground Subsidence In Ha Noi Through The Radar Interferometry Technique Using Terrasar-X And Cosmos Skymed Data," In IEEE Journal Of Selected Topics In Applied Earth Observations And Remote.Sensing, Vol. 12, No. 10, Pp. 3874-3884.