مدیریت جامع حوزه های آبخیز

مدیریت جامع حوزه های آبخیز

بررسی ارتباط بین فرونشست زمین و سطح آب زیرزمینی با روش تداخل‌سنجی راداری (مطالعه موردی: آبخوان مرودشت، استان فارس)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
2 گروه محیط زیست، دانشکده محیط زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
چکیده
چکیده مبسوط
مقدمه: پدیده فرونشست زمین از مخربترین مخاطرات پنهان محیطی است که در اثر عوامل مختلف ایجاد می‎شود. این پدیده در سال­های اخیر به صورت چشمگیری در کشور در حال رخ دادن است. فرونشست زمین ممکن است در اثر فرآیندهای طبیعی مانند فعالیت‌های تکتونیکی و آتشفشانی رخ دهد. با این حال، در سال‌های اخیر، فعالیت‌های انسانی به‌ویژه برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی و وارد آوردن بارهای سنگین بر سطح زمین، به‌عنوان عوامل اصلی این پدیده شناخته می‌شوند. افزون بر این، تغییرات اقلیمی، کاهش میزان بارندگی و افزایش دمای هوا باعث کاهش منابع آب تجدیدپذیر شده‌اند که در نتیجه، وابستگی به آب‌های زیرزمینی افزایش یافته و این مسئله سبب تشدید پدیده فرونشست شده است.
مواد و روش‎ها: در این پژوهش، تلاش شده است تا با بهره‌گیری از تکنیک‌های پیشرفته تداخل‌سنجی راداری، تغییرات سطح زمین در محدوده آبخوان مرودشت مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. برای این منظور، در گام نخست با استفاده از روش تداخل‌سنجی تفاضلی راداری (DInSAR) و به‌کارگیری تصاویر ماهواره‌ای سنتینل-1A، نرخ فرونشست زمین در بازه زمانی 2022-2015 استخراج شد. سپس تغییرات تجمعی فرونشست در سطح آبخوان در کل بازه مورد مطالعه محاسبه شد. در ادامه، تغییرات میانگین سطح آب زیرزمینی طی دوره‌ای که با داده‌های تداخل‌سنجی هم‌پوشانی دارد، محاسبه گردید تا ارتباط و همبستگی میان افت آب زیرزمینی و میزان فرونشست زمین تحلیل شود.
نتایج و بحث: نتایج حاصل از این پژوهش در آبخوان مرودشت، طی دوره زمانی ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۲، نشان‌دهنده روندی نگران‌کننده از فرونشست زمین در این منطقه است. بیشینه نرخ فرونشست سالانه در سال ۲۰15 تا 2016 به ثبت رسیده که برابر با 1/24سانتی‌متر در سال بوده و نشان‌دهنده شدت بالای این پدیده در آن بازه زمانی است. بررسی روند کلی فرونشست طی این هفت‌سال، حاکی از آن است که به‌جز سال ۲۰۲۰-2019 که با افزایش چشمگیر نرخ فرونشست همراه بوده‌، در سایر سال‌ها نرخ فرونشست با شیبی کاهشی مواجه بوده است. کمترین نرخ سالانه فرونشست در سال 2019–2018 و به میزان 3/16 سانتی‌متر ثبت شده است. مقایسه روند تغییرات سطح آب زیرزمینی با نرخ فرونشست زمین در سال‌های ۲۰۱۷-2016 و ۲۰۲۰-2019 بیانگر وجود یک رابطه مستقیم و معنادار میان افت سطح آب زیرزمینی و افزایش نرخ فرونشست است؛ به‌طوری‌که کاهش محسوس تراز آب زیرزمینی در این سال‌ها، با افزایش محسوس نرخ فرونشست همراه بوده است. از سوی دیگر ضریب تعیین بین تغییرات سطح آب زیرزمینی و فرونشست زمین درکل آبخوان و در مناطق دارای فرونشست برابر با 26/0 و 50/0 بوده که دارای همبستگی بالا و معنی‎داری بین این دو متغیر در آبخوان مرودشت است. همچنین این یافته به‌روشنی نقش مخرب برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی را در تشدید پدیده فرونشست تأیید می‌کند. افزون بر این، تحلیل‌های فضایی نشان می‌دهد که بیشترین میزان فرونشست در نواحی مرکزی و جنوبی آبخوان رخ داده است؛ مناطقی که با تراکم بالای چاه‌های بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی شناخته می‌شوند. در مقابل، در محدوده‌های شهری مرودشت، که به‌سبب محدودیت‌های ساخت‌وساز و مقررات بهره‌برداری، تعداد چاه‌ها کمتر بوده، نشانه‌ چشمگیری از فرونشست مشاهده نشده است. این موضوع اهمیت مدیریت اصولی منابع آب و نظارت دقیق بر فعالیت‌های بهره‌برداری را در کنترل و پیشگیری از فرونشست زمین به‌خوبی نمایان می‌سازد.
نتیجه‎گیری: فرونشست زمین به‌عنوان یکی از مخاطرات جدی در آبخوان مرودشت، در بازه زمانی ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۲ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که رابطه معناداری بین افت سطح آب زیرزمینی و نرخ فرونشست زمین وجود دارد. بیشترین نرخ فرونشست سالانه مربوط به سال 2016–2015 با حدود 1/24 سانتی‌متر و کمترین آن در سال 2019–2018 با 3/16 سانتی‌متر در سال بوده است. ارتباط بین تغییرات سطح آب زیرزمینی و تغییرات ارتفاعی سطح زمین در مناطق دارای فرونشست، با لحاظ تأخیر زمانی حدود دو ساله، ضریب تعیین 50/0 به‌دست آمده که در سطح 5 درصد از نظر آماری معنادار است. بررسی مکانی نیز نشان داد که بیشترین فرونشست در نواحی با تراکم بالای چاه‌های بهره‌برداری (مرکز و جنوب آبخوان) و کمترین آن در مناطق با تراکم کم چاه‌ها (شمال و جنوب‌شرق آبخوان) رخ داده است. این موضوع بیانگر نقش پررنگ برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی در فرونشست منطقه است. در نهایت، این تحقیق بر لزوم مدیریت پایدار منابع آب زیرزمینی تأکید دارد. پیشنهادهایی نظیر کنترل برداشت با کنتورهای هوشمند، تغذیه مصنوعی، ارتقاء بهره‌وری آبیاری، تهیه پهنه‌بندی خطر فرونشست و آموزش بهره‌برداران به‌عنوان راهکارهای کاربردی جهت کاهش نرخ فرونشست و کاهش مخاطرات ناشی از آن مطرح می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Aghayari, L., Abedini, M., & Asghari Saraskanroud, S. (2022). Estimation of land subsidence using radar interferometry technique and groundwater and land use parameters (Case study: Ardabil Plain). Quantitative Geomorphological Research, 11(1), 117-132.
Asadi, M., Ganjavian, H., Javdani, M., & Ghaderi Hesab, M. (2021). Assessment of the relationship between natural factors and the rate of land subsidence in the Eyvanekey plain using radar imagery. Hydrogeology, 6(1), 13–22. https://doi.org/10.22034/hydro.2021.13016.
Amighpey, M., Arabi, S., Gharaeian, F., & Molaei, A. (2023). Investigation of land subsidence around lake Urmia using geodetic observations. Iranian Water Resources Research, 19(2), 196–206.
Abedini, M. (2017). Fundamentals of land subsidence (Hydrogeomorphological Hazards and Environmental Management). Ardabil University Press, First Edition, pp. 1–230.
Abedini, M. (2013). Investigation of the causes of land subsidence in Ardabil plain and its effects within the city limits. Scientific-Research Quarterly, Physical Geography, 6 (19), 71–84.
Abbasnejad, A. (1998). Investigation of geological conditions and environmental issues of Rafsanjan plain. Proceedings of the Second Conference of the Geological Society of Iran (Abstracts).
Abidin, H. Z., Djaja, R., Darmawan, D., Akbar, A., Rajiyowiryono, H., Sudibyo, Y., & et al. (2001). Land subsidence and its geodetic system in Jakarta, Indonesia. Natural Hazards 23, 365–387. https://doi.org/10.1023/A:1011144602064
Burbey, T. J. (2003). Use of time–subsidence data during pumping to characterize specific storage and hydraulic conductivity of semi-confining units. Journal of Hydrology, 281 (1-2), 3–22. https://doi.org/10.1016/S0022-1694(03)00197-5
Figueroa-Miranda, S., Tuxpan-Vargas, J., Ramos-Leal, J. A., Hernández-Madrigal, V. M., & Villaseñor-Reyes, C. I. (2018). Land subsidence by groundwater overexploitation from aquifers in tectonic valleys of Central Mexico: a review. Engineering Geology. 246, 91–106. https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2018.09.023
Ferretti, A., Prati, C. & Rocca, F., (2002). Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, 39(1), 8-20. https://doi.org/10.1109/36.898661
Foumelis, M., Blasco, J. M. D., Desnos, Y. L., Engdahl, M., Fernández, D., Veci, L.,  & Wong, C. (2018). ESA SNAP-StaMPS integrated processing for Sentinel-1 persistent scatterer interferometry. In IGARSS 2018-2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (pp. 1364-1367). IEEE. https://doi.org/10.1109/IGARSS.2018.8519545
Gabriel, AK., Goldestein, R.M., & H.A. Zebker. (1989). Mapping small elevation changes over large areas – Differential radar interferometry. Journal of Geophysical Research, 94(B7): 9183-9191. https://doi.org/10.1029/JB094iB07p09183
Guo, H., Martínez-Graña, A. M., & González-Delgado, J. A. (2024). Monitoring the subsidence in Wan’an Town of Deyang based on PS-InSAR technology (Sichuan, China). Sustainability, 16(16), 10010. https://doi.org/10.3390/su162210010
Hussain, M.A., Chen, Z., Shoaib, M., Ullah Shah, S., Khan, J., & Ying, Z., (2022). Sentinel1A for monitoring land subsidence of coastal city of Pakistan using persistent Scatterers In-SAR technique., Sci Rep 12 ,5294.  https://doi.org/10.1038/s41598-022-09359-7
Hosseinzadeh, S. R., Akbari, E., Javanshiri, M., & Mohammadpour, Z. (2023). Spatial analysis of ground subsidence using radar interferometry (Case study: Central plain of Ghaen city). Journal of Geography and Environmental Hazards, 11(4): 99- 125. https://doi.org/10.22067/geoeh.2022.75138.1169 (In Persian)
Hung, W. C., Hwang, C., Lin, S.H., Wang, C. S., Chen, Y.A., Tsai, P. C., & Lin, K. C. (2024). Exploring groundwater depletion and land subsidence dynamics in Taiwan’s Choushui river alluvial fan: insights from integrated GNSS and hydrogeological data analysis. Frontiers in Earth Science, 12:1370626. https://doi.org/10.3389/feart.2024.1370626
Herrera-Garcia, G., Ezquerro, P., Tomás, R., Béjar-Pizarro, M., López-Vinielles, J., Rossi, M., & et al. (2021). Mapping the global threat of land subsidence. Science, 371, 34–36. https://doi.org/10.1126/science.abb8549
Kazemi, M., Khosravi, H., Salajegheh, A., Khalighi Sigaroudi, Sh., & Mohammadkhan, Sh. (2024). Monitoring land subsidence based on differential radar interferometry and groundwater level changes (Case study: Kermanshah Aquifer). Iranian Journal of Watershed Science and Engineering, 18(67), 31–43. https://doi.org/10.22034/18.67.3
Khosh Akhlagh, F., Ranjbar, F., Toulabi, S., & Masoompour Samakoosh, J. (2010). Investigation of the drought in the water year 2007-2008 and its effects on water resources and agriculture (Case study: Marvdasht county). Geography (Iranian Geographical Association), 8(24), 119–148.
Liu, z., Ng, A. H. M., Wang, H., Chen, J., Du, Z., & Ge, L. (2023). Land subsidence modeling and assessment in the West Pearl River Delta from combined InSAR time series, land use and geological data. International journal of applied earth observation and geoinformation, 118, 103228. https://doi.org/10.1016/j.jag.2023.103228
Motedayen, M. H., Esfandiari, M., Moeini, A.,  Mohammadi Torkashvand, A. (2023). Evaluation of  land subsidence in the Gorgan plain. Hydrogeomorphology, 10(35): 102-119.  https://doi.org/10.22034/HYD.2023.55996.1688
Nasiri, Alavi Panah, Matinfar, Azizi, & Hamzeh (2012). Implementation of an ecological agricultural model using PROMETHEE II and Fuzzy AHP approaches in a GIS environment (Case study: Marvdasht County). Environmental Studies, 38(3), 109–122.
Qasemi, A., Bahmani, O., Akhavan, S., & Por Qasemi, H. R. (2023). Investigating the subsidence of kobodar Ahang plain based on radar interferometric technique and changes in underground water level. Journal of Water and soil science, 33(2): 201-183. https://doi.org/10.22034/ws.2021.48295.2442 (In Persian)
Ranjbar Baruq, Z., & Fathollazadeh, M. (2022). Investigation of  land subsidence using radar image time series and its relationship with groundwater level changes (Case study: Karaj Metropolis). Quantitative Geomorphological Research, 10(4), 138–155.  https://doi.org/10.22034/gmpj.2022.313426.1313.
Shafiai, N., Goli Mokhtari, L., Amir Ahmadi, A., & Zandi, R. (2021). Spatial analasis of ground subsidence and groundwater loss using GWR model  (Case staudy: Noorabad Mamasani aquifer). Scientific Journal of Geography and Planning, 25(76): 159-171. https://doi.org/10.22034/gp.2021.11306 (In Persian)                            
Shemshaki, A., Bloorchi, M.,  & Ansari, F. (2005). Investigation of land subsidence in the Tehran–Shahriar plain. research project, Geological Survey and Mineral Exploration of Iran, Report No. 20/06-84 Engeo, pp. 1–84.
Shahkarami, N., & Ghasemi, S. (2020). Subsidence Areas Due to excessive groundwater extraction in the Arak plain. The Fourth Technology Development Congress and International Conference on New Findings in Civil Engineering, Architecture, and Building Industry of Iran, pp. 1–13.
Taylor, R. G., Scanlon, B., Döll, P., Rodell, M., Van Beek, R., Wada, Y., et al. (2013). Ground water and climate change. Nature Climate Change 3 (4), 322–329. https://doi.org/10.1038/nclimate1744
Tourani, M., Agh Atabay, M., & Roostaei, M. A. (2018). Study of land subsidence in Gorgan city using radar interferometry method. Spatial Planning Journal, 8(27), 117–128.
Wang, S. J., Nguyen, Q. C., Lu, Y. C., Doyoro, Y. G., & Tran, D. H. (2022). Evaluation of geological model uncertainty caused by data sufficiency using groundwater flow and land subsidence modeling as example. Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 81 (8), 331. https://doi.org/10.1007/s10064-022-02832-7
Yeh, T.-K., Lee, T.-Y., Lee, I.-H., & Ni, C.-F. (2025). Combination on GNSS precise point positioning and InSAR data fusion to monitor the land subsidence in Taiwan. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 16(1). https://doi.org/10.1080/19475705.2024.2445632
 

  • تاریخ دریافت 07 خرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 17 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 16 تیر 1404