تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری و تصاوير ماهواره ای(مطالعه موردی: مرودشت استان فارس)

محورهای موضوعی : سنجش از دور

محمدابراهیم عفیفی ¹ , اسماعیل اژدری ²

1 - دانشیار گروه جغرافیا، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد گروه سیستم اطلاعات جغرافیایی، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران

تاریخ دریافت : 1403/10/14 تاریخ پذیرش : 1404/05/04 تاریخ انتشار : 1404/07/09

کلید واژه: فرونشست, تکنیک تداخل سنجی راداری, تصاویر ماهواره ای, مرودشت,

چکیده مقاله :

 با توجه به نتیجه به دست آمده از تحلیل تصاویر راداری و با توجه به نقشه پهنه بندی خطر فرونشست با استفاده از روش کریجینگ حداقل میزان فرونشست در منطقه 009/0 متر و حداکثر آن 344/0 متر می باشد. با توجه به هیدروگراف واحد و تغییرات به وجود آمده در حجم ذخیره آبي آبخوان همراه با شواهد به دست آمده با استناد به این داده های آماری که با استفاده از نرم افزار اکسل تجزیه و تحلیل شده اند و نیز مشاهدات میداني نشان مي دهند که تراز سطح آب زیرزمیني در طي دوره مورد مطالعه به میزان 54 سانتي متر سالانه افت داشته است.بیشتر محدوده مورد مطالعه یعنی  مساحتی حدود 5/355 کیلومتر مربع و به نوعی 9/30 درصد دارای پتانسیل آسیب پذیری خیلی کم بوده و مساحتی حدود 1/67 کیلومتر مربع برابر با 5/5 درصد دارای پتانسیل خطرپذیری خیلی زیاد می باشد که این قسمت ها شامل قسمت شرق دشت مرودشت اطراف اماکن تاریخی نقش رستم و تخت جمشید (روستاهای شمس آباد، حسین آباد، شول، جلیلیان و زنگی آباد) و بخش کوچکی از شمال محدوده مورد مطالعه (روستاهای درودزن و مابین) می باشند. با توجه به تداوم شرایط پدیده نشست در این دشت، تداوم پایش و بررسي سنجش از دوری، احداث و ایجاد ایستگاه های اندازه گیری ثابت GPS  مي تواند ضمن فراهم آوردن امکان پایش نرخ و دامنه نشست، امکان خوبي برای بررسي نتایج حاصل از روش های سنجش از دوری و بهینه نمودن این روش ها را فراهم نماید.

چکیده انگلیسی:

According to the results obtained from the analysis of radar images and according to the subsidence risk zoning map using the Kriging method, the minimum subsidence rate in the area is 0.009 meters and the maximum is 0.344 meters. According to the unit hydrograph and changes in the volume of water storage of the aquifer, along with the evidence obtained by citing these statistical data analyzed using Excel software, as well as field observations, it is shown that the groundwater level has decreased by 54 centimeters annually during the study period. Most of the study area, an area of ​​about 355.5 square kilometers, or 30.9 percent, has very low vulnerability potential, and an area of ​​about 1.67 square kilometers, or 5.5 percent, has very high risk potential. These areas include the eastern part of the Marvdasht plain around the historical sites of Naqsh-e Rostam and Persepolis (the villages of Shamsabad, Hosseinabad, Shool, Jalilian, and Zangiabad) and a small part of the northern part of the study area (the villages of Dorudzan and Mabin). Given the continuing subsidence conditions in this plain, continuing remote sensing monitoring and investigation, and establishing and establishing fixed GPS measurement stations can provide the possibility of monitoring the rate and extent of subsidence, as well as a good opportunity to examine the results of remote sensing methods and optimize these methods.

منابع و مأخذ:

1. اصغری سراسکانرود، صیاد ، ریاحی نیا ،مریم1399 پتانسیل یابی منابع اب زیرزمینی در دشت خرم اباد با استفاده از دو روش منطق فازی و شبکه عصبی مصنوعی..پزوهش های زیومورفولوزی کمی سال نهم شماره 2 پاییز1399
2. حیدری مظفر .مرتضی.شهاوند.مرتضی1400.پهنه بندی دشت کبوتر اهنگ به منظور احداث سد زیر زمینی به روش ترکیب نقشه های فازی. فصلنامه اطلاعات جغرافیایی دوره 3 شماره 117 بهار 1400
3. خورشیدی علی کردی محمد صادق.حقیقت معصومه.طالب بیدختی ناصر نیکو محمد رضا1400 مدل حل اختلاف چند هدفه ی بهره برداری تلفیقی از منابع اب سطحی و زیر زمینی بر مبنای رویکرد برنامه ریزی ارمانی مجله مهنسی منابع اب سال دواز دهم شماره 43 زمستان1398
4. دیده بان،خلیل؛ فیضی زاده، بختیار و خلیل ولیزاده کامران. (1400). بررسی تأثیر جابه‌جایی سطح زمین بر ساختمان‌های تخریبی در شهر بم با استفاده از تکنیک‌های فازی شی‌ءگرا و تداخل‌سنجی راداری. علمی پژوهشی مدیریت بحران, 8(1), 33-۴۴.
5. رنجبر باروق، زهرا، و فتح اله زاده،محمد (1402) ،بررسی ارتباط فرونشست زمین و تغییرات تراز آب زیرزمینی با استفاده از تداخل سنجی راداری(مطالعه موردی: شهر مشهد) فصلنامه پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، دوره 12، شماره 2
6. روهینا ایت.احمدی حسن.معینی ابوالفضل.شهریور عبدال1399 مکان یابی مناطق مستعد احداث سد زیر زمینی با استفاده از منطق بولین و روشahp در ابخیز امام زاده جعفر گجساران.فصلنامه پزوهشهای ابخیزداری دوره33.شماره 4.شماره پیاپی129 زمستان 1399 صفحه های 2-16
7. زنگنه اسدی،محمد علی، زندی، رحمان، شفیعی ، نجمه (1402) ، سنجش و ارزیابی کشت برنج و صیفجات بر میزان نشست زمین (مطالعه موردی: آبخوان نورآباد استان فارس- ایران) فصلنامه پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، دوره 12، شماره 2
8. سهرابی وحید.عفیفی محمد ابراهیم1401 ارزیابی وضعیت بیابان زایی در دشت شهر بابک با استفاده از مدل مدالوس و داده های سنجش از دور .فصلنامه اکو سیستم های طبیعی ایران دوره 14 شماره 1 شماره پیاپی51 خرداد 1402 صفحه 38-59
9. عابدینی ، موسی ، آقایاری ، لیلا،پیروزی، الناز،(402)ارزیابی و پهنه‌بندی فرونشست شهرستان نمین با استفاده از روش تداخل‌سنجی راداری و تکنیک چند معیاره آراس ، فصلنامه پژوهش های ژئومورفولوژی کمی، دوره 12، شماره 2
10. عفیفی محمد ابراهیم سهرابی وحید1401.پایش یخچالهای اشترانکوه حوضه ابریز گهر لرستان و ارتباط ان با کاهش پوشش گیاهی با استفاده از تصاویرmodisو شاخص ndsi بین سالهای1380-1395. فصلنامه اکو سیستم های طبیعی ایران دوره 13. شماره 3 شماره پیاپی49 اذر 1401 صفحه75-
11. عفیفی محمد ابراهیم علی نزاد خلیل موغلی مرضیه1401 .ارزیابی زیست محیطی بیابان زایی در حوضه ابخیز شهر اصفهان با استفاده از مدل مدالوس و داده های سنجش از دور.فصلنامه کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور در برنامه ریزی .دوره13 شماره 4. شماره پیاپی50 اسفند1401
12. علی مرادی هزیر. روحی مقدم عین الله.1401پیش بینی و پهنه بندی کیفیت اب زیر زمینی با استفاده از مدل های سیستم اطلاعات جغرافیایی gis وروشهای یاد گیری ماشین مطالعه موردی دشت زاهدان. فصلنامه هیدرولوزی سال هفتم شماره 2 زمستان 1401
13. فتح الهی، نرگس.، آخوند زاده، مهدی.، بحرودی، عباس.، 1400. بررسی فرونشست زمین در اثر استخراج مواد نفتی با استفاده از روش تداخل سنجی رادار. فصلنامه سپهر، دوره 27، شماره 105، بهار 97، صص 23-۳۴.
14. قنادی, محمدامین, عنایتی, و خصالی. (1400). تولید مدل رقومی ارتفاعی زمین با استفاده از تصاویرسنتینل-1 و فن تداخل سنجی راداری. فصلنامه علمی-پژوهشی اطلاعات جغرافیایی «سپهر», 27(108), 109-۱۲۱.
15. مرادی ع، عمادالدین س، آرخی س، رضایی. 1400.تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری، اطلاعات چاه ژئوتکنیک و پیزومتریک (مطالعه موردی: منطقه 18 شهری تهران). مجله تحلیل فضایی مخاطرات زیست محیطی. 2020; 7 (1): 176-153.
16. مقصودی، یاسر.، امانی، رضا.، احمدی، حسن.، 1400. بررسی رفتار فرونشست زمین در منطقه غرب تهران با استفاده از تصاویر سنتینل 1 و فن تداخل سنجی راداری مبتنی بر پراکنش‌گرهای دائمی. سال پانزدهم، شماره 1، بهار 1398.
17. Agustian, Y., Hasan, F., & Siddiq, R. H. B. A. (2019). Land Subsidence of Kanto Plain Detection Using JERS-1 SAR Interferometry.
18. Aslan, G., Cakir, Z., Lasserre, C., & Renard, F. (2019). Investigating Subsidence in the Bursa Plain, Turkey, Using Ascending and Descending Sentinel-1 Satellite Data. Remote Sensing, 11(1), 85.
19. Erban, L. E., Gorelick, S. M., & Zebker, H. A. (2018). Groundwater extraction, land subsidence, and sea-level rise in the Mekong Delta, Vietnam. Environmental Research Letters, 9(8), 084010.
20. Hao, Q. N., & Takewaka, S. (2019). Detection of Land Subsidence in Nam Dinh Coast by Dinsar Analyses. In International Conference on Asian and Pacific Coasts (pp. 1287-۱۲۹۴). Springer, Singapore.
21. Schumann, R., & Vajedian, S. (2019). Detection of subsidence in Bad Frankenhausen with time series analysis of interferometric Radar.
22. Tessitore, S., Di Martire, D., Mondillo, N., Ammirati, L., Boni, M., & Calcaterra, D. 2018. Detection of Subsidence by Radar Interferometric Data in the Seruci-Nuraxi Figus Coal Mine Area (Sardinia, Italy). In IAEG/AEG Annual Meeting Proceedings, San Francisco, California, 2018-Volume 3 (pp. 51-۵۷). Springer, Cham.
23. Skenderas D, Loupasakis C, Papoutsis I, Alatza S, Kontoes C. 2021.Investigation of Land Subsidence Phenomena in the wider Tirana (Albania) Region by applying Persistent Scatterer Interferometry Techniques, EGU21 12199.
24. Wdowinski, S., Bray, R. L., Kirtman, B. P., & Wu, Z. (2020). Recurrence flooding in Miami Beach as an indicator of accelerating rates of sea level rise along the US Atlantic coast. AGUFM, 2014, OS33C-1089.
25. Shi, Y., Tang, Y., Lu, Z., Kim, J. W., & Peng, J. (2019). Subsidence of sinkholes in Wink, Texas from 2007 to 2011 detected by time-series InSAR analysis. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 10(1), 1125-۱۱۳۸..

متن کامل:



فصل­نامه جغرافیای طبیعی، سال هجدهم، شماره 68، تابستان 1404                                                                                             19

 

صص 24-1

 

 

تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و تصاویر ماهواره‌ای

(مطالعه موردی: مرودشت استان فارس)

 

 

محمدابراهیم عفیفی¹

ذانشیارگروه جغرافیا، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران 

اسماعیل اژدری

دانشجوی کارشناسی ارشد گروه سیستم اطلاعات جغرافیایی، واحد لارستان، دانشگاه آزاد اسلامی، لارستان، ایران

 

تاریخ دریافت: 14/10/1403           تاریخ پذیرش: 4/5/1404

 

چکیده

فرونشست سطح زمین از جمله مخاطرات محیطی است که بشر در دهه‌های اخیر به دلیل برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی در دشت‌ها با آن مواجه است. آبخوان دشت مرودشت نیز در مهر و موم‌های اخیر به‌صورت چشمگیر با این پدیده روبه‌رو شده است. قرار گرفتن بناهای تاریخی مانند تخت جمشید در این آبخوان، مسئله بررسی فرونشست را حائز اهمیت می‌نماید. Int  هدف از این پژوهشی تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و تصاویر ماهواره‌ای (مطالعه موردی: مرودشت استان فارس) است. در این پژوهش، به‌منظور بررسی تغییرات سطح آب زیرزمینی از روش زمین‌آمار کریجینگ و برای برآورد میزان فرونشست سطح زمین از روش تداخل‌سنجی تفاضلی راداری و از تصاویر راداری سنتینل-1 پرداخته شده است. بعد از تعیین میزان فرونشست برای زوج تصویر مورد نظر میزان فرونشست رخداده در منطقه مطالعاتی در بازه زمانی 2015 تا 2020 مشخص گردید. با توجه به نتیجه به دست آمده از تحلیل تصاویر راداری و با توجه به نقشه پهنه‌بندی خطر فرونشست با استفاده از روش کریجینگ حداقل میزان فرونشست در منطقه 009/0 متر و حداکثر آن 344/0 متر است. بیشتر محدوده مورد مطالعه یعنی مساحتی حدود 5/355 کیلومتر مربع و به‌نوعی 9/30 درصد دارای پتانسیل آسیب‌پذیری خیلی کم بوده و مساحتی حدود 1/67 کیلومتر مربع برابر با 5/5 درصد دارای پتانسیل آسیب‌پذیری خیلی زیاد است که این قسمت‌ها شامل قسمت شرق دشت مرودشت اطراف اماکن تاریخی نقش رستم و تخت جمشید (روستاهای شمس‌آباد، حسین‌آباد، شول، جلیلیان و زنگی‌آباد) و بخش کوچکی از شمال محدوده مورد مطالعه (روستاهای درود زن و مابین) می‌باشند. با توجه به تداوم شرایط پدیده نشست در این دشت، تداوم پایش و بررسی سنجش از دوری، احداث و ایجاد ایستگاه‌های اندازه‌گیری ثابت GPS می‌تواند ضمن فراهم آوردن امکان پایش نرخ و دامنه نشست، امکان خوبی برای بررسی نتایج حاصل از روش‌های سنجش از دوری و بهینه کردن این روش‌ها را فراهم نماید.

 

واژگان کلیدی: فرونشست زمین، تداخل‌سنجی راداری، تصاویر ماهواره‌ای، مرودشت.

 

مقدمه

با ورود ماهواره‌های راداری از دهه ۱۹۹۰، فن تداخل‌سنجی راداری ماهواره‌ای به‌عنوان ابزاری جهت پایش جابه‌جایی‌های سطح زمین مورد استفاده متخصصان علوم زمین قرار گرفت (اصغری سراسکانرود و همکاران، 1399). این روش از نظر صرفه‌جویی در هزینه و زمان، و فراوانی مکانی و زمانی در مقایسه با روش‌های دیگر قابلیت بسیار بالایی دارد؛ تا جایی که امروزه استفاده از فن تداخل‌سنجی راداری به‌جای ترازیابی و سامانه مکان‌یابی جهانی در اندازه‌گیری‌های سطح زمین بسیار تداول یافته است (حیدری و همکاران: 1400). تداخل‌سنجی تفاضلی راداری تغییرات فاز را از دو زوج تصویر راداری که در زمان‌های مختلف اخذ شده‌اند محاسبه می‌کند، و با توجه به آن؛ تغییرات به وجود آمده در پوسته زمین را به‌صورت کمی و کیفی آشکار می‌کند (خورشیدی و همکاران ²، 1400) در ایران نیز در چند سال اخیر از این فن در پایش تغییر شکل‌های مختلف سطح زمین استفاده‌شده است (اصلان و همکاران، 2019). یکی از مشکلات اساسی و روزافزون به وجود آمده در بسیاری از کشورهای جهان ازجمله ایران، پدیده فرونشست است (اربان و همکاران، 2018). این پدیده که عبارت است از حرکت قائم یا نشست تدریجی و یا فرورفتن ناگهانی سطح زمین، می‌تواند متأثر از عوامل طبیعی (آتش‌فشان، ریزش زمین در محل سنگ‌های انحلال‌پذیر، گسل، رانش قاره‌ای، چین‌خوردگی و آتش‌سوزی) و عوامل انسانی (استخراج معادن، استخراج آب زیرزمینی و نفت و گاز، و ساخت‌وساز شکل گیرد؛ هرچند محوریت رویداد آن متوجه دو عامل اصلی استخراج آب زیرزمینی و کارستی شدن سنگ‌های انحلال‌پذیر است (دیده‌بان و همکاران، 1400) در مهر و موم‌های اخیر، مناطق مختلفی از دنیا به‌خصوص نقاط خشک و کم‌باران با این پدیده روبرو شده‌اند (روهینا و همکاران، 1400). نشست زمین‌ بر اثر برداشت بی‌رویه از لایه‌های آبدار زیرزمینی، معضل و مخاطره‌ای است که جوامع ساکن بر آن را در سطوح بین‌المللی تهدید می‌کند. بر اساس برآورد کارشناسان، بیش از ۱۵۰ شهر از شهرهای بزرگ دنیا با گستره‌ای از کشورهای توسعه‌یافته تا درحال‌توسعه در معرض این پدیده‌اند (سهرابی و عفیفی، 1401؛ علی مرادی و همکاران، 1401). مهم‌ترین علت فرونشست سطح زمین در حوضه‌های رسوبی مناطق خشک و نیمه‌خشک، تراکم سفره‌های آب زیرزمینی در اثر استخراج بی‌رویه از این منابع است (پاچیکو و همکاران، 2006). در ایران نزدیک به شصت دشت وجود دارد که براثر اعلام نظر کارگروه فرونشست زمین و حفاظت از منابع آب زیرزمینی بیش از نیمی از آن دشت‌ها مستعد پدیده فرونشست هست (عفیفی و همکاران، 1401). در این راستا، به‌منظور شناسایی و کاهش پیامدهای احتمالی ناشی از فرونشست زمین، ایجاد یک سامانه پایش دائمی فرونشست ضروری به نظر می‌رسد، به‌گونه‌ای که ضمن تعیین مناطق مستعد فرونشست، برای مناطق با نرخ نشست بالا، راهکارهایی در نظر گرفته شود و از خسارت‌های جانی و مالی احتمالی جلوگیری شود. (Skenderas D, Loupasakis C, Papoutsis I, Alatza S, Kontoes C. 2021). برداشت بیش از حد آب از سفره‌های آبی در بیشتر استان‌های ایران در مهر و موم‌های اخیر باعث رخداد پدیده فرونشست در اکثر دشت‌ها و حتی در مواقعی باعث خشک شدن کامل چاه‌ها و نابودی دشت‌ها و تخلیه جمعیت آن‌ها شده است. (فتح الهی و همکاران، 1401) استان فارس و به‌تبع آن منطقه مرودشت نیز با توجه به شرایط اقلیمی که در آن واقع‌شده است شرایطی بسیار شکننده دارد. دشت مرودشت به‌عنوان یکی از مهم‌ترین دشت‌های استان فارس در کمربند چین‌خورده زاگرس و در فاصله 40 کیلومتری شمال شیراز قرار دارد. به دلیل پتانسیل و حاصلخیزی زمین‌های کشاورزی این منطقه به‌عنوان قطب اصلی کشاورزی در استان فارس محسوب می‌شود. (مرادی و همکاران، 1400) توجه به بررسی‌های انجام‌شده خشک‌سالی چند سال اخیر و همچنین کاهش میزان ذخیره سفره‌های آب زیرزمینی به همراه تداوم برداشت آن، سبب تشدید افت سطح آب زیرزمینی در منطقه شده است. دلیل این موضوع را می‌توان رشد جمعیت و دسترسی به مکانیزم های جدید حفاری که سبب سهولت برداشت در مکان‌های مختلف، اعماق زیاد و اقدام به حفاری در سنگ‌بستر شده است، را نام برد. (قنادیان و همکاران، 1400) همه این عوامل بر کاهش آبدهی چاه‌ها و کیفیت آب آن‌ها، فرونشست زمین و خسارت به زیرساخت‌های شهری و روستایی این منطقه را به یک موضوع مهم و البته قابل‌پیشگیری تبدیل کرده است. (رجبی و همکاران، 1403) در این پژوهش قصد بر آن است تا میزان فرونشست در منطقه برآورد گردد و رابطه آن با چاه‌های پیزومتری موردبررسی قرار گیرد و درنهایت به پیش‌بینی میزان فرونشست در مهر و موم‌های آتی پرداخته شود. (مقصودی و همکاران،1400) با توجه به روش‌های موجود در این زمینه فن تداخل‌سنجی راداری به لحاظ هزینه، زمان و وسعت منطقه مورد مطالعه، نسبت به دیگر روش‌ها از توانایی بسیار بالاتری برخوردار است. (عابدینی و همکاران، 1402) در پژوهشی با عنوان ارزیابی و پهنه‌بندی فرونشست شهرستان نمین با استفاده از روش تداخل‌سنجی راداری و تکنیک چند معیاره آر. اس.؛ پرداختند نتایج مطالعه، در بازه زمانی مورد بررسی، 37/0 میلی‌متر فرونشست را در شهرستان نمین نشان داد و بیشترین مقدار فرونشست در بخش مرکزی و شمال غرب و شمال شرق شهرستان، متمرکز است. با توجه به نتایج حاصل از پهنه‌بندی خطر فرونشست؛ معیارهای افت سطح آب و کاربری اراضی به ترتیب با ضریب وزنی 186/0 و 168/0، مهم-ترین عوامل دخیل در ایجاد خطر فرونشست محدوده مطالعاتی می‌باشند و به ترتیب 01/168 و 31/222 کیلومترمربع از محدوده دارای احتمال خطر بسیار زیاد و زیاد می‌باشد که پتانسیل نسبتاً بالای این شهرستان از لحاظ فرونشست را نشان می‌دهد. (رنجبر باروق و فتح اله زاده، 1402) در پژوهشی با عنوان بررسی ارتباط فرونشست زمین و تغییرات تراز آب زیرزمینی با استفاده از تداخل‌سنجی راداری (مطالعه موردی: شهر مشهد) به بررسی فرونشست زمین پرداختند. در این پژوهش با استفاده از تداخل‌سنجی راداری و روش سری زمانی SBAS در بازه زمانی 2014 تا 2021 در محدودۀ شهر مشهد با انتخاب 38 تصویر Sentinel-1 با فاصله زمانی مناسب، متوسط سرعت فرونشست و بر خاستگی زمین در محدودۀ مورد مطالعه برآورد شد. نتایج آنالیز سری زمانی تصاویر نشان داد در شهر مشهد بیشترین میزان جابجایی زمین بین 77- میلی‌متر تا 8+ میلی‌متر بوده است و مناطق دارای فرونشست در بخش‌های شمال شهر مشهد قرار گرفته‌اند که بین 30 تا 77 میلی‌متر فرونشست در سال را ثبت کرده‌اند. (آقا یاری و همکاران، 1401)، در پژوهشی به برآورد میزان فرونشست با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و پارامترهای آب‌های زیرزمینی و کاربری اراضی (مطالعه موردی: دشت اردبیل) پرداختند در این پژوهشی به‌منظور ارزیابی فرونشست منطقه از روش تداخل‌سنجی راداری و تصاویر راداری سنتیل 1 استفاده شده است. به‌منظور پردازش اطلاعات نیز از نرم‌افزار SARSCAPE 5.2 استفاده شده است و میزان جابه‌جایی و فرونشست از تاریخ 2016 تا 2020 محاسبه شده است. شومان و وجدیان (2019)؛ به تشخیص فرونشست در منطقه بد فرانکهوسن آلمان با تجزیه‌وتحلیل سری زمانی تداخل‌سنجی راداری پرداختند. آن‌ها از مانیتورینگ سری زمانی (InSAR) برای نظارت بر فرونشست در این منطقه استفاده کردند. تمام داده‌های موجود باند C، Sentinel-1A  در هر دو هندسه صعودی و نزولی در این مطالعه جمع‌آوری شده است. آن‌ها از زیر مجموعه BAseline Small (SBAS)  به‌عنوان یک الگوریتم سری زمانی استفاده شد تا میزان فرونشست منطقه موردمطالعه را به دست آورند. نتایج حاصل از تجزیه‌وتحلیل سری زمانی تا حدی با GNSS و داده‌های تراز شده مقایسه شده است و این مقدار را تأیید می‌کند. آگوستین و همکاران (2019)؛ به شناسایی فرونشست زمین شناسایی دشت کانتو با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای JERS-1 و تداخل‌سنجی SAR پرداختند. این پژوهشی با هدف تخمین فرونشست زمین با استفاده از رادار دیافراگم مصنوعی تداخل‌سنج مصنوعی (InSAR) انجام داده‌اند. هدف پژوهشی در بخش غربی ژاپن، منطقه دشت کانتو واقع‌شده است، جایی که آب‌های زیرزمینی به‌طور جدی در مقیاس کاملاً وسیع استخراج می‌شوند و هر ساله چند سانتی‌متری فرونشست تولید می‌کنند. در طول منطقه تجزیه‌وتحلیل، تغییر شکل سطح و آن تشخیص داده شد مربوط به روند فرونشست بود. لئو، آل.، یو، جی.، چن، بی.، وانگ، ی. (2020)؛ در پژوهشی به پایش فرونشست شهری توسط SBAS-InSARtechnique  با تصاویر SAR چند پلتفرمی: مطالعه موردی دشت پکن، چین پرداختند که بدین منظور از ۴۰, تصویر ماهواره‌ای انویست آیسار و ۲۴ تصویر ماهواره‌ای رادارست ۲ برای ارزیابی تغییر شکل عمودی در این منطقه استفاده Rachida Lyazidi, Mohamed Abdelbaset Hessane, Jaouad Filali Moutei, Mohammed Bahir,) 2020 (. در پژوهشی به توسعه روشی برای تخمین سطح آب زیرزمینی سفره‌های ساحلی در دشت گارب-بوراگ، مراکش تعبیه سیستم‌های بصری MODwaterwater با استفاده از روش‌های سنجش از دور پرداختند این پژوهشی با هدف تخمین سطح آب زیرزمینی با استفاده از رادار دیافراگم مصنوعی تداخل‌سنج مصنوعی InSar  انجام گرفت. هدف از این پژوهشی تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و تصاویر ماهواره‌ای (مطالعه موردی: مرودشت استان فارس) انجام شد.

 

موقعیت جغرافیایی

دشت مرودشت در عرض جغرافیایی تا/ عرض شمالی و طول جغرافیایی تا/ طول شرقی قرار دارد. محدوده مورد مطالعه که 4040 کیلومترمربع مساحت و 120 متر ضخامت متوسط آبرفت، حدود 984887 هزار مترمکعب در سال پتانسیل برداشت آب دارد. با توجه به بررسی‌های انجام‌شده خشک‌سالی چند سال اخیر و همچنین کاهش میزان ذخیره سفره‌های آب زیرزمینی به همراه تداوم برداشت آن، سبب تشدید افت سطح آب زیرزمینی در منطقه شده است. دلیل این موضوع را می‌توان رشد جمعیت و دسترسی به مکانیزم های جدید حفاری که سبب سهولت برداشت در مکان‌های مختلف، اعماق زیاد و اقدام به حفاری در سنگ‌بستر شده است، را نام برد. با توجه به داده‌های هواشناسی مقدار بارندگی منطقه 300 تا 400 میلی‌متر در سال، در بازه زمانی 96 تا 99 است که بیشتر بارندگی‌ها از اواسط پاییز تا فصل بهار ثبت گردیده است. محدوده مورد مطالعه دارای شیب حداکثری 7/57، شیب حداقلی 0 با میانگین 4/1 درجه می‌باشد (شکل 1)

 

شکل 1. موقعیت مکانی محدوده مورد مطالعه

 

داده‌ها و روش‌ها

داده‌های مورد استفاده

برای پیشبرد اهداف پژوهش، از منابع داده‌ای مختلفی استفاده‌شده است. یکی از داده‌های اساسی پژوهش تصاویر راداری سنجنده Sentinel-1 که در سایت سازمان فضایی اروپا در دسترس است، دانلود شد. اطلاعات مربوط منابع آب‌های زیرزمینی منطقه مطالعاتی که شامل پراکنش چاه‌های پیزومتری و تغییرات سطح ایستابی آن‌ها که از شرکت آب منطقه‌ای استان تهیه شده است. داده‌های میدانی که با استفاده از سیستم تعیین موقعیت جهانی (GPS) به‌صورت میدانی برداشت شده است. برای آماده‌سازی و تجزیه‌وتحلیل داده‌های موجود از نرم‌افزارهای مختلفی در طول پژوهش استفاده شد.

 

 

داده‌های ماهواره‌ای Sentinel-1

تصاویر مورد استفاده در این پژوهش

برای پیشبرد اهداف پژوهش از محصولات سنجنده سنتینل 1، باند C در بازه زمانی مهر و موم‌های 2015 و 2020 استفاده‌شده است. این داده از محصولات سطح یک تصاویر SAR، با قدرت تفکیک مکانی 5 متر و با دوره برداشت 12 روزه است. مشخصات کامل تصاویر مورد استفاده در جدول 1 ارائه شده است.

 

جدول 1. زوج تصاویر انتخابی از سنجنده سنتینل

تاریخ تصویربرداری	نام اختصاری انتخابی
15/6/2015	SlC
15/6/2020	SLC

 

پیش‌پردازش تصاویر Sentinel-1

در ابتدای کار تصاویر دریافتی از سازمان فضایی اروپا، توسط نرم‌افزار SARscape به فرم مطلوب و قابل‌پردازش تبدیل شد، تصاویر خام توسط این نرم‌افزار به فرمت SLC تبدیل شده است. سپس برای جلوگیری از پردازش حجم وسیع داده‌ها تصویر را مطابق محدوده موردمطالعه برش داده می‌شد، درنهایت تصویر محدوده مطالعاتی جهت تخمین بیس‌لاین مکانی و تهیه اینترفروگرام مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

داده‌های مربوط به منابع آب

داده‌های مربوط به منابع آبی استفاده‌شده در این پژوهش اطلاعات مربوط به چاه‌های پیزومتری موجود در منطقه مطالعاتی است. همچنین تعداد 23 حلقه چاه اکتشافی نیز در منطقه حفر شده است. هر نقطه دارای اطلاعاتی چون طول و عرض جغرافیایی و سطح پیزومتری بوده که جهت کاربرد و تجزیه‌وتحلیل آن‌ها در نرم‌افزار مورد نظر، ابتدا با استفاده از نرم‌افزار اکسل آماده شد. در این مطالعه تعداد 56 حلقه چاه به کار گرفته شده است.

 

محاسبه میزان و نرخ فرونشست

نتایج حاصل از فن تداخل‌سنجی راداری مطابق موقعیت جغرافیایی با مرز منطقه مطالعاتی یکسان‌سازی شده است و جهت آشکارسازی فرینج‌های مشخص شده در تصاویر بر روی منطقه موردمطالعه قرارگرفته است. میزان فرونشست از طریق فرینج‌های مشخص گردیده و در تصاویر راداری محاسبه می‌شود و نرخ فرونشست برای منطقه مطالعاتی استخراج شده است. همچنین نقاط میدانی برداشت شده با استفاده از GPS نیز برای انجام تحلیل‌های صحت‌سنجی موردبررسی قرار گرفت.

روش درون‌یابی

روش درون‌یابی عکس فاصله وزن‌دار

درون‌یابی IDW به‌طور واضح فرض بر این دارد که نمونه‌هایی که به هم نزدیک‌ترند نسبت به روش IDW از مقادیر نمونه‌های دورتر بیشتر به هم شبیه‌اند. برای پیش‌بینی مناطق اندازه‌گیری نشده، اطراف موقعیت پیش‌بینی استفاده می‌کند.

 

روش‌های زمین‌آمار

روش زمین‌آمار (کریجینگ) همانند تکنیک IDW به مقادیر اطراف سطح پیش‌بینی وزن اختصاص می‌دهد. ولی این وزن تنها بر اساس فاصله بین نقاط مشاهده و پیش‌بینی نبوده بلکه به قرارگیری مکانی کل مقادیر اطراف نقاط اندازه‌گیری نیز بستگی دارد. جهت محاسبه موقعیت مکانی نقاط نسبت به یکدیگر و تأثیر آن در وزن، بایستی خود همبستگی مکانی محاسبه شود. برای تخمین زمین‌آماری باید مراحل زیر انجام شود:

الف) محاسبه واریوگرام تجربی؛ ب) برازش مدل؛ ج) ایجاد ماتریس؛ د) پیش‌بینی.

 

بررسی مطالعات هواشناسی و هیدروژئولوژی در تعیین میزان نرخ فرونشست

تأثیر پارامترهای هواشناسی بر اقلیم یک منطقه منجر به افزایش یا کاهش آب زیرزمینی می‌شوند. از جمله عامل اصلی ایجاد فرونشست در منطقه مورد مطالعه افزایش برداشت از آب‌های زیرزمینی می‌باشد که منجر به بروز خشک‌سالی‌های ویرانگری در منطقه نیز شده است. در این قسمت از پژوهشی به بررسی وضعیت پارامترهای هواشناسی و هیدرولوژی تأثیرگذار بر نرخ فرونشست پرداخته می‌شود.

 

پارامترهای هواشناسی مؤثر در نرخ فرونشست منطقه مورد مطالعه

بارش‌های منطقه مورد مطالعه

جهت ترسیم نقشه هم‌بارش دشت مرودشت با در نظر گرفتن همه سطح محدوده پس از بررسی ایستگاه‌های مرتبط (شیراز، خرم بید، اقلید، سپیدان، ارسنجان، بوانات) جهت دریافت داده‌ها، با استفاده از روش درون‌یابی کریجینگ در محیط GIS درون‌یابی اجرا و نقشه مورد نظر تهیه گردید (شکل 2). با توجه به نقشه فوق، افزایش باران در قسمت جنوب شرق به سمت شمال غرب افزایشی بوده که این روند با افزایش ارتفاع سطح زمین منطبق می‌باشد. با توجه به نقشه مذکور حداقل بارش سالانه در دشت مرودشت 1/308 و حداکثر این میزان 3/488 میلی‌متر می‌باشد.

 

 

شکل 2. نقشه هم‌باران محدوده مورد مطالعه

 

دما

دما به‌عنوان عنصر از شدت گرما، نقش مهمی در اقلیم منطقه دارد. در مناطق خشک برداشت از آب‌های زیرزمینی بالا می‌رود و این امر شدت فرونشست را تسریع می‌کند. جهت ترسیم نقشه هم‌دما دشت مرودشت با در نظر گرفتن همه سطح محدوده پس از بررسی ایستگاه‌های مرتبط جهت دریافت داده‌ها، با استفاده از روش درون‌یابی کریجینگ در محیط GIS درون‌یابی اجرا و نقشه مورد نظر تهیه گردید با توجه به نقشه فوق، افزایش دما در قسمت شمال به سمت جنوب افزایشی بوده که این روند با کاهش ارتفاع سطح زمین منطبق می‌باشد. با توجه به نقشه مذکور حداقل دما در دشت مرودشت 1/14 و حداکثر این میزان 3/17 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. (شکل 3)

 

 

شکل 3. نقشه هم‌دما محدوده مورد مطالعه

مطالعات هیدرولوژی مؤثر در نرخ فرونشست منطقه مورد مطالعه

حوضه آبریز دشت مرودشت منشأ اصلی تغذیه سفره آب زیرزمینی بارش، جریان‌های سطحی و مسیل‌ها، منشأ تغذیه سازندهای مجاور دشت مرودشت و آب برگشت شده کشاورزی می‌باشد. تعداد چاه‌های پیزومتری فعال در محدوده مورد مطالعه برابر با 56 حلقه و تعداد 32 حلقه چاه اکتشافی بوده که موقعیت آن‌ها در شکل 4 نمایش داده شده است.

 

 

شکل 4. موقعیت پیزومترها و اکتشافی در محدوده مورد مطالعه (منبع: سازمان آب منطقه فارس)

 

بررسی آب زیرزمینی

در این مرحله آمار 32 حلقه چاه مشاهده‌ای در بازه زمانی (2020-2015) بررسی شد. داده‌های آماری جمع‌آوری و مرتب شدند، سپس روند تغییرات سطح آب هر چاه و روند تغییرات میانگین سطح آب در دشت موردبررسی قرارگرفته و نمودار آن‌ها ترسیم شد. پس از آن داده‌ها به Arcmap واردشده و با استفاده از روش درون‌یابی نقشه‌های هم‌سطح و پهنه‌بندی افت و سپس جهت آب زیرزمینی تهیه گردید. با توجه به داده‌های تهیه‌شده از آب منطقه‌ای استان فارس بیشترین درصد مصارف مختلف آب زیرزمینی در دشت مرودشت و حجم استخراج آب در این منطقه به‌منظور مصارف کشاورزی است. (شکل 5).

 

 

شکل 5. درصد مصارف مختلف آب زیرزمینی در دشت مرودشت

جهت تهیه نقشه‌های هم‌تراز آب‌های زیرزمینی از روش کریجینگ استفاده شده است. در این روش برای یافتن مقادیر سطح آب در هر نقطه مجهول از مقدار این پارامتر در نقاط مختلف استفاده می‌شود؛ بدین ترتیب که به هر یک از نقاط معلوم، وزنی بر اساس فاصله بین آن نقطه تا موقعیت نقطه مجهول وجود دارد که نشان می‌دهد میزان تشابه سطح آب نقطه مجهول با هر یک از نقاط معلوم چقدر است. واضح است که هرچه نقاط نزدیک‌تر تشابه بیشتر و نقاط دورتر تشابه کمتری با مقدار پارامتر در نقطه مورد مراجعه دارند، این وزن توسط توان وزن دهی کنترل می‌شود.  توان­های کوچک‌تر در این روش وزن‌ها را به‌طور یکنواختی بین نقاط همسایه توزیع می‌کنند. نقشه‌های هم‌سطح آب زیرزمینی ترسیم‌شده برای مهر و موم‌های 2015 و 2020 در شکل‌های 6 و 7 نمایش داده شده است.

 

 

شکل 6. نقشه هم‌تراز آب‌های زیرزمینی دشت مرودشت سال 2015

 

 

شکل 7. نقشه هم‌تراز آب‌های زیرزمینی دشت مرودشت سال 2020

میزان افت سطح آب زیرزمینی

در این پژوهشی، با روش کریجینگ، میزان افت سطح آب زیرزمینی در دهستان کناره بررسی شد. به‌منظور تولید نقشه افت سطح آب زیرزمینی هیدرو گراف تغییرات زمانی سطح آب زیرزمینی چاه‌های مشاهداتی از سال 2015 تا 2020 رسم شد.

 

شکل 8. هیدرو گراف تغییرات زمانی تراز آب چاه‌های مشاهداتی سال 2015 تا 2020

 

با توجه به هیدرو گراف واحد تراز سطح آب زیرزمینی دشت دارای روند نزولی می‌باشد. متوسط تراز سطح آب زیرزمینی در سال 2015 برابر با 1595 متر است که با 7 متر افت به 1588 متر در سال 2020 رسیده است. بر اساس این هیدرو گراف بیشترین افت سطح آب زیرزمینی مربوط به سال 2020 است. (شکل 8).

در مطالعات مربوط به علل فرونشست سطح زمین، بررسی نوسانات تراز سطح آب زیرزمینی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. شناسایی به‌موقع و تهیه نقشه تغییرات تراز سطح آب‌های زیرزمینی و شناسایی عامل آن به‌وسیله روش‌های مشاهده‌ای و سنتی، کاری سخت و زمان‌بر و پرهزینه می‌باشد. امروزه به‌منظور تخمین متغیرهای مکانی یک منطقه از روش‌های زمین‌آمار استفاده می‌شود (اکبری 2010). به‌منظور شناخت و ارزیابی آثار برداشت بی‌رویه از سفره آب زیرزمینی دشت مرودشت اطلاعات سطح آب زیرزمینی 56 چاه مشاهده‌ای در محدوده مطالعاتی طی مهر و موم‌های 2015 تا 2020 برای تهیه نقشه سطح آب زیرزمینی آبخوان مرودشت مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. سپس، برای مطالعه تغییرات کمی آب زیرزمینی، اطلاعات مربوط به موقعیت مکانی و متوسط سطح آب زیرزمینی چاه‌های شده و با ArcGIS مشاهده‌ای دشت وارد نرم‌افزار استفاده از روش درون‌یابی کریجینگ نقشه تراز سطح آب‌های زیرزمینی در 5 سال مختلف رسم و با کسر از یکدیگر نقشه میزان افت سطح آب زیرزمینی دشت برای این دوره 5 ساله تهیه شد. (شکل‌های 9، 10 و 11)

 

 

شکل 9. نقشه هم‌تراز سطح آب سال 2015

 

 

شکل 10. نقشه هم‌تراز سطح آب سال 2020

 

 

شکل 11. نقشه پراکندگی نشست سطح زمین در مرودشت

بحث و یافته‌ها

تداخل‌سنجی تصاویر راداری

انتخاب زوج تصاویر SAR

 انتخاب صحیح و مناسب زوج تصاویر SAR برای تداخل‌سنجی اولین و مهم‌ترین مرحله برای شروع عملیات تداخل‌سنجی راداری است. توجه به عوامل اساسی مانند فرکانس سنجنده مورد استفاده، خط مبنای عمود مکانی، خط مبنای زمانی، همپوشانی مکانی و طیفی در راستای آزیموتال برای انتخاب تصویر مناسبی که در تحلیل‌ها نتیجه صحیح را ارائه دهد، ضروری می‌باشد. در این مرحله از پژوهشی، داده‌های SAR از سنجنده سنتینل 1، در فرم SLC درگذر صعودی و نزولی دانلود شده و اطلاعات مربوط به تصاویر مورد استفاده در جدول ارائه شده است.

 

ایجاد تداخل نگار

تولید تداخل نگار جهت نمایش اختلاف‌فاز ناشی از تغییر فاصله بین پدیده و سنجنده در دو عبور متوالی است. میزان ارتفاع در هر نقطه از منطقه در فاصله زمانی تهیه دو تصویر به‌وسیله بررسی‌های میزان اختلاف‌فاز بین تصاویر تعیین می‌شود. (شکل 12 و 13 و 14)

 

 

شکل 12. تداخل نگار تشکیل‌شده

 

 

شکل 13. اعمال فیلتر

 

 

شکل 14. شبکه اینترفروگرام

 

انجام عملیات وفقی بر روی تداخل نگار تفاضلی

در منطقه مورد مطالعه خط مبنای زمانی طولانی بین دو تصویر، نرخ بالای رشد ساکنین، ساخت‌وساز و فعالیت‌های عمرانی زیاد، وجود زمین‌های کشاورزی و باغات جزو عوامل ایجاد نویز در تصاویر است. به دلیل کارایی بالای فیلتر گلداشتاین، و همچنین بهبود کیفیت و فیلتر کردن تداخل نگارهای تفاضلی تهیه‌شده در مرحله پیشین، از فیلتر گلداشتاین استفاده شد. این فیلتر به‌صورت انتخابی عمل کرده و عملیات فیلتر را به‌صورت محلی اجرا می‌نماید. فیلتر گلداشتاین با بهره‌گیری از متغیر عرض باند که به‌صورت مستقیم از همبستگی توان طیفی تداخل نگار تفاضلی به دست می‌آید، تنظیم می‌گردد. بدین ترتیب که در مناطق با همبستگی پایین با عرض باند زیاد و تعداد پیکسل بیشتر و در مناطق با همبستگی بالا با عرض باند کم و تعداد پیکسل محدود عمل می‌نماید. تداخل نگار تفاضلی فیلتر شده و همچنین تصویر همدوسی با اعمال فیلتر گلداشتاین به دست می‌آید. شکل تصویر تداخل نگار به دست آمده را قبل از اعمال فیلتر و پس از اعمال فیلتر نمایش می‌دهد. (شکل 15 و 16)

 

 

شکل 15. تداخل نگار قبل از اعمال فیلتر شکل 16 تداخل نگار پس از اعمال فیلتر

 

شکل 17. مراحل انجام فیلترگذاری بر روی تداخل نگار توسط افزونه SARscape

 

ایجاد تصویر همدوس و انجام عملیات فیلترگذاری بر روی تداخل نگار

تصویر همدوس از همبستگی توانی دو تصویر هم مختصات شده SAR به دست می‌آید، که این نشانگر شاخص همبستگی مقادیر توان سیگنالی در دو تصویر برداشت شده در دو تاریخ مختلف بوده است. مقدار همدوسی دو تصویر بین 0 تا 1 متغیر است، 0 بیانگر بدون همدوسی و 1 بیانگر همدوسی کامل بین تصاویر است. مقدار همدوسی تصاویر در میزان کیفیت فرایند تداخل‌سنجی متأثر خواهد بود، چرا پایین بودن مقدار این شاخص برای یک زوج تصویر بیانگر مناسب نبودن آن در فرایند تداخل‌سنجی بوده است. جهت آشکارسازی تغییرات پدیده‌های زمینی در فاصله زمانی برداشت دو تصویر، لازم به ذکر است که برای تهیه تصویر همدوسی می‌تواند از تداخل نگار فیلتر شده و یا تداخل نگار فیلتر نشده استفاده نمود، اما چون حالت اشباع در تداخل نگار فیلتر شده رخ می‌دهد، تداخل نگار فیلتر نشده نتیجه بهتری را ارائه می‌دهد. در جدول میزان همدوسی زوج تصاویر استفاده شده از ماهواره Sentinel-1 ارائه شده است. (جدول 2)(شکل 18).

 

جدول 2. میزان همدوسی زوج تصاویر استفاده شده از ماهواره Sentinel-1

نام اختصاری انتخابی	ماکزیمم	مینیمم	میانگین
SlC	9990/0	0	3430/0
SLC	9797/0	0001/0	4601/0

 

 

شکل 18. اطلاعات مربوط به زوج تصاویر استفاده شده از ماهواره Sentinel-1

 

از آنجایی که تصویربرداری ماهواره Sentinel-1 در طول موج C صورت می‌گیرد و 6/5 سانتیمتر طول موج این باند می‌باشد به همین دلیل در هنگام برخورد با پوشش گیاهی تحت تأثیر قرار گرفته و نسبت به رطوبت نیز حساس می‌باشد لذا با توجه به موارد ذکر شده میزان همدوسی بین تصاویر Sentinel-1 دچار کاهش می‌باشد.

 

تصحیح مقادیر فاز

تصحیح مقادیر فازی یکی از مهم‌ترین و پیچیده‌ترین مرحله در فرایند تهیه نقشه فرونشست است. فاز تداخل‌سنج فقط پیمانه‌ای از π2 را بیان کند. اما درباره جابجایی سطح زمین امکان دارد که تغییر فاز بیشتر از π2 باشد، در این مواقع نیز در تداخل نگار حاصل مقادیر بیشتر از π2 مجدداً به‌صورت یک چرخه تکرار خواهد شد و الگوریتم‌های اصلاح فازی سعی در حل ابهام π2 می‌کنند. تا امروزه الگوریتم‌های مختلف و پیچیده‌ای توسط محققین ارائه شده که با توجه به نوع داده و منطقه مطالعاتی هرکدام مزیت‌های خاص خود را دارا بوده‌اند. کاربردی‌ترین و به‌بیان‌دیگر عمومی‌ترین الگوریتم‌هایی که در این زمینه به کار گرفته شده الگوریتم رشد ناحیه‌ای (Region Growing) و جریان با کمترین هزینه (Minimum cost flow) بوده است الگوریتم جریان با کمترین هزینه سازگاری بیشتری با مناطقی دارد که همبستگی پایینی در تصاویر همدوس داشته است. در پژوهش حاضر به دلیل پایین بودن مقدار همبستگی در تداخل نگارهای تولید شده از روش دوم استفاده‌شده است. مقادیر آستانه این الگوریتم هم با توجه به میانگین مقدار همبستگی در تصویر همدوسی مورد محاسبه قرار گرفت. شکل 19 مراحل تصحیح مقادیر فاز توسط افزونه SARscape را نمایش می‌دهد. شکل 20 نیز تصحیح فاز بر روی زوج تصاویر استفاده شده از ماهواره Sentinel-1 را نمایش می‌دهد.

 

 

شکل 19. مراحل تصحیح مقادیر فاز توسط افزونه SARscape

 

 

شکل 20. تصحیح فاز بر روی زوج تصاویر استفاده شده از ماهواره Sentinel-1

 

پالایش و تصحیح مضاعف

قبل از انجام تبدیل تغییرات فاز، باید فازهای مزاحم باقی‌مانده از اثرات توپوگرافی و جابجایی‌های مداری از فاز موجود حذف گردند. انجام این تصحیحات بر روی تداخل نگارهایی که نشان‌هایی از لرزش سکو در فرم پلکان یا به عبارت دیگر ramp دارند، ضروری است و باید انجام شود. بهتر است این تصحیحات حتی بر روی داده‌های دقیق و عدم لرزش در سکو نیز انجام شود. این تصحیح بر روی فاز تصحیح شده در مرحله پیش انجام می‌شود و با کمک مدل رقومی ارتفاعی منطقه، فاز مصنوعی تولید شده در مراحل پیش، مدل رقومی ارتفاع تبدیل شده به مختصات هندسی تصویربرداری راداری SRDEM و به عبارتی دیگر مختصات مایل، تصویر همدوسی تولید شده در مرحله پیش، پارامترهای مداری تصویر پایه و پیرو SAR و همچنین تعدادی نقاط کنترل زمینی این عمل صورت می‌گیرد. درنتیجه این اصلاح فازی، فاز مطلقی تولید می‌شود که نشان‌دهنده جابجایی‌های اتفاق افتاده در سطح زمین در بازه زمانی برداشت دو تصویر راداری می‌باشد. فرایند مذبور بر روی تداخل نگارهای حاصل از سنجنده سنتینل 1 اعمال شده است. تغییرات ناگهانی یا Phase Jump، موجود در تصویر تصحیح شده آنچه مسلم است. جابجایی ناگهانی مقادیر باید موردبررسی و کنترل قرار گیرد، ساختارهای زمین‌شناسی و مرفولوژیکی و تغییرات سطحی پوسته زمین به‌عنوان پرش فاز در نظر گرفته شده و اصلاح شود. مراحل پالایش و تصحیح مضاعف بر روی زوج تصاویر توسط افزونه SARscape را نمایش می‌دهد. فرآیند مذکور بر روی تداخل نگار حاصل از ماهواره Sentinel-1 اجرا شده و در قالب شکل‌های 21 و 22 ارائه می‌شود.

 

 

شکل 21. مراحل پالایش و تصحیح مضاعف بر روی زوج تصاویر استفاده شده از ماهواره Sentinel-1 توسط افزونه SARscape

 

 

شکل 22. پالایش و تصحیح مضاعف بر روی فاز اصلاحی زوج تصاویر استفاده شده از ماهواره Sentinel-1

 

تبدیل فاز به نقشه جابجایی

پس از عملیات تصحیح مضاعف فاز، می‌توان فاز مطلق حاصل را به مقادیر جابه‌جایی یا نقشه جابه‌جایی تبدیل و زمین مرجع کرد. این فرایند با استفاده از تبدیلات ژئودتیک و معادله داپلر انجام می‌شود. نقشه نهایی به دست آمده نشانگر شدت میزان جابجایی به ازای هر پیکسل در واحد متریک می‌باشد که به میلی‌متر، سانتی­متر و.. این جابجایی قابل نمایش است. در نقشه‌های تهیه‌شده مقادیر مثبت جابجایی مربوط به بالاآمدگی زمین و به عبارت دیگر حرکت سطح زمین به سمت دید راداری و مقادیر منفی بیانگر فرونشست و یا دور شدن سطح زمین از سنجنده در راستای دید راداری است. شکل 23 مراحل تبدیل فاز به جابه‌جایی توسط افزونه SARscape را ارائه می‌دهد.

 

 

شکل 23. مراحل تبدیل فاز به جابه‌جایی توسط افزونه SARscape

 

طبقه‌بندی و تحلیل فضایی فرونشست با استفاده از روش کریچینگ

جهت طبقه‌بندی و تحلیل فضایی فرونشست در محدوده مورد مطالعه با استفاده از روش کریجینگ، لایه‌های رستری تغییرات آب زیرزمینی و مطالعات هواشناسی تهیه‌شده در مراحل قبل با استفاده از تابع Reclassify در گروه Spatial Analyst در نرم‌افزار ArcGIS10.2 طبقه‌بندی شده و نتیجه به‌صورت شکل 24 نمایش داده شده است.

 

 

شکل 24 طبقه‌بندی و تحلیل فضایی فرونشست با استفاده از روش کریچینگ

 

با توجه به هیدرو گراف واحد و تغییرات به وجود آمده در حجم ذخیره آبی آبخوان همراه با شواهد به دست آمده با استناد به این داده‌های آماری که با استفاده از نرم‌افزار اکسل تجزیه و تحلیل شده‌اند و نیز مشاهدات میدانی نشان می‌دهند که تراز سطح آب زیرزمینی در طی دوره مورد مطالعه به میزان 54 سانتی‌متر سالانه افت داشته است. این رقم تا حد قابل‌اطمینانی با میزان فرونشست به دست آمده از روش تداخل‌سنجی راداری همبستگی دارد. به عبارتی، سالانه در ازای هر 54 سانتی‌متر پایین رفتن سطح آب‌های زیرزمینی به‌طور متوسط دو سانتی‌متر سطح اراضی منطقه مورد مطالعه دچار فرونشست تدریجی می‌شود. بعد از تعیین میزان فرونشست برای زوج تصویر مورد نظر میزان فرونشست رخداده در منطقه مطالعاتی در بازه زمانی 2015 تا 2020 مشخص گردید. با توجه به نتیجه به دست آمده از تحلیل تصاویر راداری که در شکل شماره و اطلاعات تکمیلی آن در جدول شماره ارائه شده است. با توجه به نقشه فوق و نقشه پهنه‌بندی خطر فرونشست با استفاده از روش حداقل میزان فرونشست در منطقه 009/0 متر و حداکثر آن 344/0 متر می‌باشد. محدوده حدود 2.875 کیلومتر مربع مساحت و دارای بیشترین مقدار نرخ فرونشست سالانه تا 42 سانتی‌متر در سال می‌باشد که شامل 293 روستا و مرکز جمعیتی از جمله روستاهای با بیشترین جمعیت به ترتیب شامل روستاهای کناره، فتح‌آباد، زنگی‌آباد، خیرآباد توالی، کوشک و ... است. جمعیت متأثر از فرونشست حدود 142000 نفر می‌باشد. همچنین در این محدوده، را ه آهن اصفهان ‐ شیراز به طول حدود 55 کیلومتر و خطوط انتقال نیرو به طول حدود 240 کیلومتر قرار دارد. بیشتر محدوده مورد مطالعه یعنی مساحتی حدود 5/355 کیلومتر مربع و به‌نوعی 9/30 درصد دارای پتانسیل آسیب‌پذیری خیلی کم بوده و مساحتی حدود 1/67 کیلومتر مربع برابر با 5/5 درصد دارای پتانسیل خطرپذیری خیلی زیاد می‌باشد که این قسمت‌ها شامل قسمت شرق دشت مرودشت اطراف اماکن تاریخی نقش رستم و تخت جمشید (روستاهای شمس‌آباد، حسین‌آباد، شول، جلیلیان و زنگی‌آباد) و بخش کوچکی از شمال محدوده مورد مطالعه (روستاهای درود زن و مابین) می‌باشند. (شکل 25 و جدول 3)

 

 

شکل 25 میزان فرونشست در محدوده مورد مطالعه

 

جدول 3. مقادیر فرونشست و وضعیت خطرپذیری در محدوده مورد مطالعه

مقدار فرونشست (متر)	مساحت (کیلومتر مربع)	درصد	خطرپذیری
345/0 – 235/0	5/355	9/30	خیلی کم
235/0 -175/0	2/294	2/23	کم
175/0 – 135/0	7/275	6/21	متوسط
135/0 – 085/0	9/229	8/19	زیاد
085/0- 010/0	1/68	5/4	خیلی زیاد
جمع	4/1223	100	-

نتیجه‌گیری

این پژوهش به تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و تصاویر ماهواره‌ای در دشت مرودشت پرداخته است. ترکیب روش‌های تداخل‌سنجی راداری با پوشش وسیع و قدرت تفکیک مکانی بالا، سامانه‌های تعیین موقعیت ماهواره‌ای با قدرت تفکیک زمانی زیاد و ترازیابی دقیق با دقت بسیار بالا روش مناسبی برای بررسی حرکات سطح زمین می‌باشد. در این پژوهش، به‌منظور بررسی تغییرات سطح آب زیرزمینی از روش زمین‌آمار کریجینگ و برای برآورد میزان فرونشست سطح زمین از روش تداخل‌سنجی تفاضلی راداری و از تصاویر راداری سنتینل-1 پرداخته شده است. روش تداخل‌سنجی تفاضلی راداری در این پژوهشی، دارای قابلیت مناسبی برای تعیین میزان و دامنه فرونشست در محدوده دشت مرودشت می‌باشد. عامل فرونشست در این دشت مانند سایر دشت‌های استان فارس و همچنین، مستند به بررسی‌های عابدینی و همکاران 1402 و شومان و وجدیان 2019 بهره‌برداری بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی می‌باشد. بعد از تعیین میزان فرونشست برای زوج تصویر مورد نظر میزان فرونشست رخداده در منطقه مطالعاتی در بازه زمانی 2015 تا 2020 مشخص گردید. با توجه به نتیجه به دست آمده از تحلیل تصاویر راداری و با توجه به نقشه فوق و نقشه پهنه‌بندی خطر فرونشست با استفاده از روش کریجینگ حداقل میزان فرونشست در منطقه 009/0 متر و حداکثر آن 344/0 متر می‌باشد. با توجه به هیدرو گراف واحد و تغییرات به وجود آمده در حجم ذخیره آبی آبخوان همراه با شواهد به دست آمده با استناد به این داده‌های آماری که با استفاده از نرم‌افزار اکسل تجزیه و تحلیل شده‌اند و نیز مشاهدات میدانی نشان می‌دهند که تراز سطح آب زیرزمینی در طی دوره مورد مطالعه به میزان 54 سانتی‌متر سالانه افت داشته است. این رقم تا حد قابل اطمینانی با میزان فرونشست به دست آمده از روش تداخل‌سنجی راداری همبستگی دارد. به عبارتی، سالانه در ازای هر 54 سانتی‌متر پایین رفتن سطح آب‌های زیرزمینی به‌طور متوسط دو سانتی‌متر سطح اراضی منطقه مورد مطالعه دچار فرونشست تدریجی می‌شود. محدوده حدود 2.875 کیلومتر مربع مساحت و دارای بیشترین مقدار نرخ فرونشست سالانه تا 42 سانتی‌متر در سال می‌باشد که شامل 293 روستا و مرکز جمعیتی از جمله روستاهای با بیشترین جمعیت به ترتیب شامل روستاهای کناره، فتح‌آباد، زنگی‌آباد، خیرآباد توالی، کوشک و ... است. جمعیت متأثر از فرونشست حدود 142000 نفر می‌باشد. همچنین در این محدوده، را ه آهن اصفهان ‐ شیراز به طول حدود 55 کیلومتر و خطوط انتقال نیرو به طول حدود 240 کیلومتر قرار دارد. بیشتر محدوده مورد مطالعه یعنی مساحتی حدود 5/355 کیلومتر مربع و به‌نوعی 9/30 درصد دارای پتانسیل آسیب‌پذیری خیلی کم بوده و مساحتی حدود 1/67 کیلومتر مربع برابر با 5/5 درصد دارای پتانسیل خطرپذیری خیلی زیاد می‌باشد که این قسمت‌ها شامل قسمت شرق دشت مرودشت اطراف اماکن تاریخی نقش رستم و تخت جمشید (روستاهای شمس‌آباد، حسین‌آباد، شول، جلیلیان و زنگی‌آباد) و بخش کوچکی از شمال محدوده مورد مطالعه (روستاهای درود زن و مابین) می‌باشند. با توجه به این‌که در آبخوان مرودشت و نزدیکی آن ایستگاه GPS وجود ندارد، برای تأیید نتایج به دست آمده از شواهد صحرایی در منطقه استفاده شد. بالا ماندن جداره فلزی میله چاه‌های عمیق، ارتفاع یافتن میله‌های چاه‌های اکتشافی و نیز شکاف‌های عمودی و افقی در دیوار ساختمان‌ها و باعث تخریب برخی از اراضی کشاورزی و کانال‌های آبیاری شده، همچنین، باعث تغییر شیب زمین در برخی نواحی شده است که به‌طور مستقیم نشان‌دهنده نشست سطح این دشت می‌باشد. با توجه به موقعیت مکانی شهر مرودشت و آثار تاریخی که در آبخوان مرودشت واقع شده است و نقشه نشست به دست آمده، مشخص می‌شود که این مناطق در معرض نشست قرار دارند. در این دشت، تداوم پایش و بررسی سنجش از دوری، احداث و ایجاد ایستگاه‌های اندازه‌گیری ثابت GPS می‌تواند ضمن فراهم آوردن امکان پایش نرخ و دامنه نشست، امکان خوبی برای بررسی نتایج حاصل از روش‌های سنجش از دوری و بهینه نمودن این روش‌ها را فراهم نماید. نتایج این پژوهشی بدون داشتن اطلاعات دقیق و مکفی از لایه‌بندی و دانه‌بندی آن‌ها و همچنین، شبکه سنجش GPS و تنها بر اساس تحلیل تصاویر رادار و متد تداخل‌سنجی انجام شده و نتایج دارای مطابقت مناسبی با تغییرات سطح آب زیرزمینی می‌باشد.

 

 

 

 

منابع

1- اصغری سراسکانرود، صیاد، ریاحی نیا، مریم (1399): پتانسیل‌یابی منابع آب زیرزمینی در دشت خرم‌آباد با استفاده از دو روش منطق فازی و شبکه عصبی مصنوعی. پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی سال نهم شماره 2 پاییز    1399.  

DOI:22034/gmpj.2020.118230

2- آقا یاری لیلا. عابدینی موسی. اصغری سراسکانرود صیاد (1401): برآورد میزان فرونشست با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری و پارامترهای آب‌های زیرزمینی و کاربری اراضی (مطالعه موردی: دشت اردبیل) فصل­نامه پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی دوره 11، شماره 1، تیر 1401.                                                    DOI:10.22.34gmpj2022.304999.1302

3- اکبری  الهام. شیرانی  کوروش. قاضی فرد اکبر. (2010): بررسی نقش  کاهش آب زیرزمینی  در فرونشست دشت  دامنه. دومین همایش ملی افق‌های نوین در توانمندسازی و توسعه پایدار معماری، عمران، گردشگری، انرژی و محیط‌زیست شهری و روستایی.

4- حیدری مظفر. مرتضی. شهاوند. مرتضی (1400): پهنه‌بندی دشت کبوتر آهنگ به‌منظور احداث سد زیرزمینی به روش ترکیب نقشه‌های فازی. فصل­نامه اطلاعات جغرافیایی دوره 3 شماره 117 بهار 1400.                DOI:2021.244453/10.22131

5- خورشیدی علی کردی محمدصادق. حقیقت معصومه. طالب بیدختی ناصر نیکو محمدرضا (1400): مدل حل اختلاف چندهدفۀ بهره‌برداری تلفیقی از منابع آب سطحی و زیرزمینی بر مبنای رویکرد برنامه‌ریزی ارمانی مجله مهندسی منابع آب سال دوازدهم شماره 43 زمستان 1398.                                                         DOI:20.1001.1.20086377.1398.12.43.11.3

6- دیده‌بان، خلیل؛ فیضی زاده، بختیار و خلیل ولی زاده کامران. (1400): بررسی تأثیر جابه‌جایی سطح زمین بر ساختمان‌های تخریبی در شهر بم با استفاده از تکنیک‌های فازی شی‌ءگرا و تداخل‌سنجی راداری. علمی پژوهشی مدیریت بحران, 8(1), 33-۴۴.                                                                                       ‌ DOI:20.1001.1.23453915.1398.8.1.3.9

7- رجبی معصومه. روستایی شهرام. (1403): مطاعی سارا ارزیابی سری زمانی فرونشست دشت کرمانشاه با تکنیک تداخل‌سنجی راداری مبتنی بر خط مبنای کوتاه (SBAS)  فصل­نامه پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. دوره 13، شماره 1 تیر 1403.

 DOI:10.22034/gmpj.2022.363452.1380

8- رنجبر باروق، زهرا، و فتح اله زاده، محمد (1402): بررسی ارتباط فرونشست زمین و تغییرات تراز آب زیرزمینی با استفاده از تداخل‌سنجی راداری (مطالعه موردی: شهر مشهد) فصل­نامه پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، دوره 12، شماره 2.

 DOI:10.22034/gmpj.2023.398959.1437

9- روهینا آیت. احمدی حسن. معینی ابوالفضل. شهریور (1399): مکان‌یابی مناطق مستعد احداث سد زیرزمینی با استفاده از منطق بولین و روش Ahp در آبخیز امام‌زاده جعفر گچساران. فصل­نامه پژوهش‌های آبخیزداری دوره 33. شماره 4. شماره پیاپی 129 زمستان 1399 صص 2-16.                                                        DOI:10.22092/wmej.2020.126600.1228

10- سهرابی وحید. عفیفی محمدابراهیم (1401): ارزیابی وضعیت بیابان‌زایی در دشت شهربابک با استفاده از مدل مدالوس و داده‌های سنجش از دور. فصل­نامه اکو سیستم‌های طبیعی ایران دوره 14 شماره 1 شماره پیاپی 51 خرداد 1402 صص 38-59. 

11- عابدینی موسی. آقایاری لیلا. پیروزی لیلا. (1402): ارزیابی و پهنه‌بندی فرونشست شهرستان نمین با استفاده از روش تداخل‌سنجی راداری و تکنیک چند معیاره آر. اس، فصل­نامه پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی. دوره 12 شماره 2.

 DOI:10.22034/gpmj.2023.381759.1406

12- عفیفی محمدابراهیم سهرابی وحید (1401): پایش یخچال‌های اشترانکوه حوضه آبریز گهر لرستان و ارتباطان با کاهش پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر Modis و شاخص Ndsi بین مهر و موم‌های 1380-1395. فصل­نامه اکو سیستم‌های طبیعی ایران دوره 13. شماره 3 شماره پیاپی 49 آذر 1401 ص 75. 

13- عفیفی محمدابراهیم علی نزاد خلیل موغلی مرضیه (1401): ارزیابی زیست‌محیطی بیابان‌زایی در حوضه آبخیز شهر اصفهان با استفاده از مدل مدالوس و داده‌های سنجش از دور. فصل­نامه کاربرد سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور در برنامه‌ریزی. دوره 13 شماره 4. شماره پیاپی 50 اسفند 1401. 

14- علی مرادی هزیر. روحی مقدم عین‌ا... (1401): پیش‌بینی و پهنه‌بندی کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از مدل‌های سیستم اطلاعات جغرافیایی Gis و روش‌های یادگیری ماشین مطالعه موردی دشت زاهدان. فصلنامه هیدرولوژی سال هفتم شماره 2 زمستان 1401.                                                                          DOI:10.22034/hydro.2022.48571.1250

15- فتح الهی، نرگس.، آخوندزاده، مهدی.، بحرودی، عباس. (1400): بررسی فرونشست زمین در اثر استخراج مواد نفتی با استفاده از روش تداخل‌سنجی رادار. فصل­نامه سپهر، دوره 27، شماره 105، بهار 97، صص 23-۳۴.

 DOI:sepehr.2018.31470/10.22131

16- قنادی, محمدامین, عنایتی, و خصالی. (1400): تولید مدل رقومی ارتفاعی زمین با استفاده از تصاویر سنتینل-1 و فن تداخل‌سنجی راداری. فصل­نامه علمی-پژوهشی اطلاعات جغرافیایی «سپهر», 27(108), 109-۱۲۱.‌

 DOI:.org/1022131/sepehr.2019.34623

17- مرادی ع، عمادالدین س، آرخی س، رضایی. (1400): تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری، اطلاعات چاه ژئوتکنیک و پیزومتریک (مطالعه موردی: منطقه 18 شهری تهران). مجله تحلیل فضایی مخاطرات زیست‌محیطی. 2020; 7 (1): صص. 176-153                                                   . DOI:10.29252/jsaeh.7.1.11

18- مقصودی، یاسر.، امانی، رضا.، احمدی، حسن.، (1400): بررسی رفتار فرونشست زمین در منطقه غرب تهران با استفاده از تصاویر سنتینل 1 و فن تداخل‌سنجی راداری مبتنی بر پراکنش گرهای دائمی. سال پانزدهم، شماره 1، بهار /1398

. DOI:20.1001.1.17352347.1398.15.1.22.9

 

19- Agustian, Y., Hasan, F., & Siddiq, R. H. B. A. (2019): Land Subsidence Of Kanto Plain Detection Using JERS-1 SAR Interferometry. DOI:10.13189/cea.2019.071309

20- Aslan, G., Cakir, Z., Lasserre, C., & Renard, F. (2019): Investigating Subsidence In The Bursa Plain, Turkey, Using Ascending And Descending Sentinel-1 Satellite Data. Remote Sensing, 11(1), 85. DOI:.org/10.3390/rs11010085

21- Erban, L. E., Gorelick, S. M., & Zebker, H. A. (2018): Groundwater Extraction, Land Subsidence, And Sea-Level Rise In The Mekong Delta, Vietnam. Environmental Research Letters, 9(8), 084010. DOI:10.1088/1748-9326/9/8/084010

22- Liu, L., Yu, J., Chen, B., Wang, Y. (2020): Urban Subsidence Monitoring By SBAS-Insartechnique With Multi-Platform SAR Images: A Case Study Of Beijing Plain, China, European Journal Of Remote Sensing DOI:10.1080/22797254.2020.1728582

23- Pacheco, Jesus, Jorge Arzate And Eduardo Rojas And Moises Arroyo And Vsevolod Yutsis And Gil Ochoa. (2006): Delimitation Of Ground Failure Zones Due To Land Subsidence Usind Gravity Data And Finite Element Modelling In The Queretaro Valley, Mexico. Engineering Geology, 84 DOI:.org/10.1016.j.enggeo.2005.12.003

24- Rachida Lyazidi, Mohamed Abdelbaset Hessane, Jaouad Filali Moutei, Mohammed Bahir, (2020): Developing A Methodology For Estimating The Groundwater Levels Of Coastal Aquifers In The Gareb-Bourag Plains, Morocco Embedding The Visual MODFLOW Techniques In Groundwater Modeling System, Groundwater For Sustainable Development, 1. DOI:.org/10.1016/g.gsd.2020.100471

25- Schumann, R., & Vajedian, S. (2019): Detection Of Subsidence In Bad Frankenhausen With Time Series Analysis Of Interferometric Radar. DOI:.org/10.61186/jgs.24.74.14

26- Skenderas D, Loupasakis C, Papoutsis I, Alatza S, Kontoes C. (2011): Investigation Of Land Subsidence Phenomena In The Wider Tirana (Albania) Region By Applying Persistent Scatterer Interferometry Techniques, EGU 21 12199. DOI:10.5194/egusphere-egu21-12199

---

[1] * نویسنده مسئول: 09171816353                                                  Email: [e-mail]

[2] 1 Pacheco et al, 2006