تبیین اثر و فرایند ژئومورفولوژیکی پدیده فرونشست در تغییر الگوی لند فرم‌های ژئومورفولوژیکی مطالعه موردی دشت یزد- اردکان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه خوارزمی

2 تربیت مدرس

3 دانشجو دکتری دانشگاه خوارزمی

چکیده

فرونشست زمین باعث تغییردر پدیده‌های ژئومورفولوژی می‌شود‎.‎باتوجه به‌واقع شدن عوارض انسان‌ساخت روی لند فرم‌های ‏مختلف،بررسی تغییرات ناشی ازفرونشست دراین‌گونه پدیده‌ها،حائز اهمیت است. دراین پژوهش، تغییرات سطحی دشت ‏یزد اردکان دربازه‌ی زمانی 2003 تا 2018 مورد بررسی قرارگرفته‌ است. بدین منظور از تصویر سه سنجنده راداری ‏‏(‏Sentinel 1 ‎‏, ‏ENVISAT ASAR‏ , ‏ALOS PALSAR‏) درسال‌های ‏‎2007‎‏ و ‏‎2009‎‏ و همچنین ازتصاویر ‏ماهواره لندست درسال‌های 2011،2003 و 2018 به‌منظور بررسی تغییرات پوشش سطح زمین استفاده‎ ‎شده است.سپس با ‏استفاده از تکنیک تداخل سنجی رادار با روزنۀ مصنوعی، اقدام به تعیین میزان فرونشست زمین شد. پس از استخراج و ‏شناسایی عوارض منطقه، سه لندفرم آبراهه، شق و گالی برای مطالعۀ تفضیلی انتخاب گردید. به‌منظور استخراج این لندفرمها ‏فیلتر ‏CANNY‏ به کارگرفته و با مقایسه این پدیده‌ها در بازه‌های زمانی 2003 تا 2018 الگوی تغییرات آنها استخراج ‏گردید. برای درک ارقام تغییرات ارتفاعی متأثر از پدیدۀ فرونشست اقدام به انتخاب سه محدوده واجدتغییرات درالگو و توامأ ‏حدوث فرونشست شد. برابر ارقام حاصل، طول شقوق در محدودۀ مورد مطالعه با رشد 202درصدی از 18 کیلومتر درسال ‏‏2003 به 54 کیلومتردرسال 2018،سطح گالی بارشد50درصدی از 4 هکتار درسال مبدأ به6 هکتاردرسال انتهایی و آبراهه ‏با افزایش سطوح دراشغال از 165 هکتار به 241 هکتار حدود 47 درصد رشد داشته،که تغییرات شق ازهمه بیشتربوده ‏است. بر اساس یافته‌های این پژوهش مشخص شدکلیه مناطقی که به پدیده فرونشست دچار می‌شوند سرانجام تحت تأثیر ‏تغییرات فرم والگوها ژئومورفولوژی قرار می‌گیرند این تغییرات بسته به نرخ ودوره زمانی رخدادفرونشست،‎ ‎تغییردر زایش و روندفرم دهی ‏‎ ‎پدیده‌های مورفولوژیکی راپیامد دارد.‏

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Explanation of the Geomorphologic Process and Effect of Subsidence on Land ‎Pattern Change in Geomorphologic Forms Case Study of Yazd-Ardakan Plain

نویسندگان [English]

  • Ezatollah ghanavati 1
  • Mohammad Sharifikia 2
  • sayyedebrahim hosseini 3
1 Associate Professor of Geomorphology in Kharazmi University
2 Associate Professor, Department of Measurement and Information Systems, Tarbiat ‎Modares University
3 Ph.D. Student of Geomorphological Risks of Kharazmi University
چکیده [English]

Introduction
Earth subsidence is one of the natural hazards under several conditions, including over-‎exploitation of groundwater, large dams, mining, extraction of fluids from the earth, ‎tectonic and so on. The subsidence causes changes in the geomorphic phenomena of arid ‎and semi-arid regions, which are important due to the occurrence of human complications ‎on different forms, the study of changes due to subsidence in these phenomena is ‎important. Due to the fact that the rate of change in land subsidence as well as the speed of ‎the geomorphological phenomenon is very slow and slow, measuring instruments are of ‎great importance. In this case, static technique is not suitable for monitoring, and dynamic ‎techniques should be used. One technique is the production of radar data. Today, radar ‎interferometry is a common method for measuring the surface deformation of the earth's ‎crust. Global coverage, good resolution of radar images, acceptable accuracy, repeatability, ‎the ability to monitor all areas of study at different time periods, this technique is a ‎powerful technique for studying and measuring land surface changes.‎
Case study:‎
The studied area is Yazd-Ardakan plain which is located in Yazd province. The area of ‎Yazd-Ardakan plain is 11775 square kilometer cover withe longitude are 53º15̍ to54º50̍ ‎east and latitude are 31̊15̍ to31̊15̍ north. ‎

‎ Data and method:‎
Data used in this study‏ ‏are divided into two general categories, include Scrolling‏ ‏data ( field ‎data for three pilot) and earth observation satellites are data collected from four satellite ‎such as ENVISAT ASAR and Sentinel l satellites from the European Space Agency, ‎Digital Elevation Model ALOS PALSAR Sensor from the University of Alaska, Landsat ‎Satellite from the USGS, survey data from NCC ‎ of Iran as well as data from the studied ‎area. And GIS data including Stream, land use, watershed data related to Yazd plain of ‎Ardakan from the NCC of Iran.‎
This research is based two main steps. The first step is to calculate the amount of land ‎subsidence, for which the images of Sentinel 1 and ENVISAT ASAR satellites were ‎extracted from 2003 to 2018, and using the interferometric method, the amount of ‎subsidence of Yazd plain of Ardakan was calculated and in the second stapes, the ‎geomorphological condition of Yazd plain of Ardakan was studied. To detect changes in ‎geomorphic phenomena digital using with Elevation model ALOS PALSAR Satellite and ‎Landsat satellite imagery‏ ‏that extracted drainage from a digital elevation model using digital ‎stream extraction method. Landsat satellite imagery after preprocessing using edge ‎detection filtering to detect changes in phenomena in specific times series. and last stepe, ‎the relationship between the rate of land subsidence and the changes in geomorphological ‎phenomena was identified.‎
Stream Extraction from a digital elevation model:‎
A digital elevation model with a special resolution of 12.5 meters is derived from ALOS ‎PALSAR data for drainage pattern extraction. The extraction of drainage pattern from the ‎aforementioned digitization model was carried out using the Hydrology tool in the ArcGIS ‎software package and based on the value thresholds of different accumulation rates.‎
Select the Landforms of the study area (Three indicators landform)‎‏ ‏
Initially, the whole range of Yazd plain of Ardakan was considered and then the water ‎density map for Yazd Plain of Ardakan was produced. In addition, the map of land ‎subsidence was extracted for the study area, and then two maps were automatic ‎superimpose. The highest density of the streams, which corresponded to the subsidence, ‎selected as a pilot. Drainage pattern more over change due specific morphological can be ‎to generate version which local SHAGH (the crack which can font exist in area of ‎subsidence from) drainage pattern furthermore the stream pattern has been change in ‎special form and density level it is important to mention that extraction specific this ‎increases surface erosion‏.‏Then Galli's pilot is similar to the previous two‏ ‏pilot‏ ‏automatic ‎superimpose‏ ‏on subsidence map. Largest Galli that was on a descending region was as a ‎pilot‏ ‏selected.‎
Differential radar interference technique:‎
This term is used to measure parameters such as topography, surface-displacement and ‎surface displacement due to phase interference of two or more radar images with virtual ‎holes derived from the same region. This method is able to detect surface changes ‎occurring on the ground at different intervals with millimeter precision using at least three ‎‎(two + DEM + or more radar images).‎
The interferometer includes the phase difference between two images. The height at each ‎point of the region is determined at the time interval between the two images by the phase ‎difference check. The interferometer is created by the mixed blend of the original image in ‎conjunction of the dependent image. After interferometry method, ENVISAT ASAR and 1 ‎SENTINEL images created the interferometric and, after the final processing, converted to ‎vertical displacement values in meters per meter.‎
In two times, we had a subsidence of 13 centimeters in the study area, which has occurred ‎in Ardakan, Meybod, Rostaq and Takhzar areas. The highest abandonment rate is in the ‎Ibrahimabad area.‎
Conclusion:‎
The phenomenon of subsidence causes surface morphological changes such as changes in ‎the pattern of surface currents. On the data processing field study and integration of this ‎data need out that tree phenomena were surface to maximum changing namely SHAGH, ‎GALI and stream pattern .in additionally the reach was shown the change shagh length ‎from 2003 to 2018 rate of increasing 202% from 18 km to 56 km, and the Galli' area ‎increased by 50% from 4 hectares to 6 hectares and the streams increased by 47% from ‎‎165 hectares to 241 hectares.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • radar interferometry ‎
  • Land subsidence
  • Changes in Pattern and Geomorphologic Forms
  • Yazd-Ardakan plain
  • shagh
  • افضلی عباسعلی، شریفی کیا محمد، شایان سیاوش، 1392، ارزیابی آسیب‌پذیری زیرساخت‌ها و سکونتگاه‌ها از پدیده فرونشست زمین در دشت دامغان، دو فصل‌نامه ژئومورفولوژی کاربردی ایران، شماره اول، صص 70-85.
  • اکرامیمحمد، شریفیذبیحاله، ملکینژادحسین، اختصاصیمحمدرضا ،1390،  بررسی روند تغییرات کیفی و کمی منابع آب زیرزمینی دشت یزد- اردکان در دهه 88-1379 طلوعبهداشت،  پاییزوزمستان 1390 ، دوره  10، شماره  3-4 مسلسل 33 ، صص 82 – 91.
  • اکبری وحید، 1387، نظارت بر فرونشست زمین ناشی از استخراج بی‌رویه آب زیرزمینی در دشت مشهد با استفاده از سری زمانی تکنیک تداخل سنجی راداری و مقایسه با مشاهدات ژئودتیک، پایان نامه کارشناسی ارشددانشگاه تهران، دانشکده فنی گروه مهندسی نقشه‌برداری و ژئوماتیک.
  • امیری منوچهر، 1384، ارتباط بین فروچاله های دشت فامنین کبودر آهنگ- نهاوند با سنگ کف منطقه فصلنامه علمی پژوهشی علوم زمین، شماره 58، صص 134-147.
  • آمیغ پی معصومه، عربی سیاوش، طالبی علی، جمور یحیی، 1386، بررسی مناطق فرونشست ایران بر اساس داده‌های ترازیابی. همایش ژئوماتیک 1386، اردیبهشت 1386، تهران، ایران.
  • آمیغ پی معصومه، عربی سیاوش، طالبی علی، جمور یحیی، 1388، کاربرد تکنیک تداخل سنجی رادار در مطالعات مناطق فرونشست مطالعه موردی فرونشست یزد) همایش ژئوماتیک 1388، تهران، ایران.
  • حقیقت مهر پریسا، 1389، مطالعه فرونشست زمین ناشی از استخراج آب‌های زیرزمینی و چاه‌های نفتی به کمک روش تداخل سنجی تفاضلی راداری پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه خواجه نصیر، تهران.
  •  حقیقت مهر پریسا، ولدان زوج محمدجواد، تاجیک رضا، جباری سعید، صاحبی محمود رضا، اسلامی رضا، گنجیان مصطفی، دهقانی مریم، 1391، تحلیل سری زمانی فرونشست هشتگرد با استفاده از روش تداخل سنجی راداری و سامانه موقعیت‌یاب جهانی، مجله علوم زمین، شماره 85.
  •  دهقان سورکی یونس، 1390، به‌کارگیری تکنیک تداخل سنجی تفاضلی راداری در تعیین نرخ و دامنه فرونشست زمین در دشت مرند. پایان‌نامه کارشناسی ارشد سنجش ‌از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی. دانشگاه تربیت مدرس، به راهنمایی محمد شریفی کیا.
  •  شریفی کیا محمد، شایان سیاوش، افتخاری سید مروت، کرم امیر،1396، تحلیل تغییرات مورفولوژیکی رودخانه ناشی از احداث سد طالقان بر پایه تفاضل سنجی زمانی داده‌های سنجش‌ازدوری. برنامه‌ریزی و آمایش فضا،  ۲۱ ۲، صص ۲۴۳-۲۶۳.
  •  شریفی کیا محمد، 1390، سنجش و استخراج مخاطرات حاصل از پدیده نشست در اراضی مسکونی تهران بزرگ، همایش مخاطرات محیطی شهر تهران، دانشگاه تربیت‌معلم.
  •  شریفی کیا محمد، 1391، تعیین میزان و دامنه فرونشت زمین به کمک روش تداخل سنجی راداری (D-INSAR) در دشت نوق- بهرمان، فصلنامه علمی پژوهشی برنامه‌ریزی و آمایش فضا، پاییز 91، دوره 16، شماره 3، پیاپی 77ا، صص55 -77.
  •  علوی نژاد سید نظام، (۱۳۸۳). آشکارسازی تغییرات ژئومورفولوژیکی و کاربری اراضی خور موسی بندر امام خمینی ماهشهر با استفاده از RS & GIS، رساله کارشناسی ارشد،  سیستم اطلاعات جغرافیایی دانشگاه تربیت معلم تهران، گروه جغرافیا.
  •  فتح زاده علی، 1387، برآورد توزیع مکانی آب معادل برف در حوضه‌ای آبخیز کرج با استفاده از سنجش ‌از دور و مدل بیلان انرزی رساله دکتری، دانشگاه تهران.
  •  فروغی زرین، شایان سیاوش، کردوانی پرویز ،بررسی تأثیر تغییر کاربری اراضی روی وضعیت ژئومورفولوژیکی رودخانه کر پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی سال هفتم تابستان ۱۳۹۷ شماره ۱ پیاپی ۲۵، صص 193 – 210.
  •  لشگری پور غلام‌رضا، غفوری محمد، رستمی بارانی حمیدرضا، 1387، بررسی علل تشکیل شکاف‌ها و فرونشست زمین در غرب دشت کاشمر، مطالعات زمین‌شناسی، ج 1، ش 1، صص 111-96.
  •  ملکی امجد، محمدی سارا، دولتیاری خدیجه، 1391، بررسی اثرات ژئومورفولوژیکی معدن مطالعه موردی: تعدادی از معادن شهرستان کرمانشاه پژوهش‌های دانش زمین، سال سوم، شماره ۱۰، تابستان ۱۳۹۱، صص ۹۸-۱۰۸.
  •  هاشمی علی، 1381، بررسی علل فرونشست عمومی زمین و تشکیل فرو چاله‌ها در دشت فامنین و راه‌های مقابله با آن، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی آب و برق، تهران.
  • هاشمی فرد اکبر، کردوانی پرویز، اسدیان فریده، تغییرات ژئومورفولوژیکی سازند گچساران ناشی از آبگیری سد گتوند علیا، با استفاده از تکنیک تداخل سنجی تفاضلی رادار، هیدروژئومورفولوژی، شماره‌ی ۱۵، تابستان ۱۳۹۷، صص ۵۳-۳۷.
    • Anfderssohn & Motagh, M. T. R. Walter.M. A. Sharifi, E. Fielding, A. Schenk, J, and J. Zschau. 2008, Land subsidence in Iran caused by widespread water reservoir overexploitation, Geophys. Res. Lett. 35, L16403,doi:10.1029/2008GL033814.
    • Chen, L. C. Rau, J. Y. (1998), "Detection of shoreline change for tideland area using multitemporal satellite images", Journal Of Remote Sensing, 19 (17): 3383-3397.
    • Dehghai, M. M. J. Valadan Zouj, S. Saatchi, J. Biggs, B. Parsons & T. Wright,"Radar Interferometry Time Series Analysis of Mashhad Subsidence", Journal of Indian Society of Remote Sensing (JISRS), Vol. 37, Pp. 191-200, 2008.
    • Esmaili, M. & M. Motagh, "Remote Sensing Measurements of Land Subsidence in Kerman Valley, Iran, 2003-2009", American Geophysical Union, Fall Meeting 2009, Abstract, NH43C-1348, 2009.
    • Ferretti A, Monti-Guarnieri A, Prati C, Rocca F, Massonet D. 2007. InSAR principles-guidelines for SAR interferometry processing and interpretation, ESA Publications. 110 pp.
    • Holdahl S. R. & Zilkoski D. B. 1991. Subsidence at Houston, Texas (1973- 1987), (Proceedings     of the Fourth         International Symposium on Land Subsidence),
    • Holzer, T.L, 1989. State and local response to damaging land subsidence in United States urban areas.Engineering Geology 27, 449 –466
    • Ireland, R.L Poland, J.F. Riley, F. S. 1984. Land Subsidence in the San Joaquin Valley, California, as of 1980. US GeologicalSurvey Professional Paper 437-I, 93pp.
    • Jia, T.x. Zheng, N.n. Zhang, Y.l.: Center B-spline Dyadic Wavelet Multiscale Edge Detection. Acta Automation Sinica 24(2), 192–199 (1998) (in chinese)
    • Li.C. Tang.X, Tuhua.M, (2006), Land subsidence caused by groundwater exploitation in the Hangzhou-Jiaxing-Huzhou Plain, China, Springer, Hydrogeology Journal 14: 1652–1665
    • Maidment, D. and Djokic, D. (2000) Hydrologic and Hydraulic Modeling Support with Geographic Information System. ESRI Press, Redland, 216 p.
    • Motagh, M. T. R. Walter, M. A. Sharifi, E. Fielding, A. Schenk, J. Anderssohn& J. Zschau, "Land Subsidence in Iran Caused by Widespread Water Reservoir Overexploitation", Geophysical Research Letters, Vol. 35, L 16403, doi: 10.1029/2008GL033814, 2008
    • Motagh, M. Y. Djamour, T. R. Walter, H. U. Wetzel, J. Zschau& S. Arabi, Land Subsidence in Mashhad Valley, Northeast Iran; resultsfromInSAR, Levelling and GPS, Geophys. J. Int. 168(2), Pp. 518-526, 2007.
    • Motagh, M. Y. Djamour, T. Walter, Z. Moosavi, S. Arabi& J. Zschau, Mapping the Spatial and Temporal Pattern of Landsubsidence in the City of Toos, Northeast Iran, Using Theintegration of InSAR, Continuous GPS and Preciseleveling, Geophysical Research Abstracts,Vol. 8, 07881, 2006
    • Pacheco, J. Arzate, J. Rojas, E. Arroyo, M. Yutsis, V. & Ochoa, G, 2006. Delimitation of ground failure zones due to land subsidence usind gravity data and finite element modeling in the Queretaro valley, Mexico. Engineering Geology, 84:pp143-160.
    • Paul M. Mather, Magaly Koch, Computer Processing of Remotely-Sensed Images, An Introduction, Fourth Edition. 2011 by John Wiley & Sons, Ltd.
    • Pope Jason and J. Burbe Thomas. 2003, Multiple - aquifer characterization from single borehole extensometer record, Ground water, 1, pp 45-58.
    • Ramieri, E, Hartley, A, Barbanti, A, Santos, F. D, Gomes, A, Hilden, M, Laihonen, P, Marinova, N, Santini, M, (2011), "Methods for assessing coastal vulnerability to climate change, european topic centre on climate change impacts", consortium of European institutes(ETC/CCA) in Italy, Italy: Technical Paper 93p, Bologna,
    • Richards, John, A. Remote Sensing with Imaging Radar. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009.
    • Sharifikia, M, (2009). D-InSAR Data Processing and Analysis for Mapping Land Subsidence Phen omenon In Rafsanjan Area, Iran M.Tech Thesis, Submitted to Andra University-India. Shemshaki, A, Blourchi.
    • Shemshaki, A, Blourchi, M.J. & Ansari, F, 2005. Preliminary report on Tehran subsidence, Engineering Geology Scientific report on Geological Survey of Iran, available at www.gsi.ir. Sharifikia, M, DEM Generation & Morphology Feature Extraction -Using InSAR, PGD Project Submitted to CSSTEAP, 2006.
    • Tony, W. G. C.Martin & G. B. Fred, Sinkhole and Subsidence Springer and Praxis Publishing Ltd. UK -Germany, 2005.
    • Wegmuller Wiley & Sons, U. and Werner C.L. (1997), Retrieval of Vegetation parameters with SAR interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 35,18-24.