پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

ارزیابی سری زمانی فرونشست دشت کرمانشاه با تکنیک تداخل‌سنجی راداری مبتنی بر خط مبنای کوتاه(SBAS)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد گروه ژئومورفولوژی، دانشگاه تبریز، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی.
2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، دانشگاه تبریز، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی.
10.22034/gmpj.2022.363452.1380
چکیده
بررسی و پایش میدان جابه‌جایی ناشی از تغییر شکل‌های سطح زمین از مطالعات مهم و کاربردی در مباحث مختلف ازجمله زمین‌شناسی، ژئومورفولوژی، ژئوفیزیکی است که در پیشگیری و رفتارشناسی سوانح طبیعی از قبیل زلزله، فرونشست و زمین-لغزش نقش به سزایی دارد. در این میان فرونشست زمین یکی از پدیده‌های مخرب ژئومورفولوژیکی است که می‌تواند خسارت-های جبران‌ناپذیر مالی و جانی به دنبال داشته باشد و به بسیاری از زیرساخت‌ها و سازه‌ها آسیب برساند. به همین سبب با توجه به پیامدهای مخرب این پدیده، مطالعه و بررسی و حتی ارائه مدلی برای تخمین و پیش‌بینی نرخ فرونشست‌های آینده برای مناطق مستعد فرونشست ضروری به نظر می‌رسد. بدین منظور روش‌های مختلفی برای پایش فرونشست وجود دارد که از میان آن‌ها تکنیک تداخل‌سنجی، یکی از تکنیک‌های مهم و قابل توجه تبدیل شده است. در این پژوهش کوشش بر این است که سری زمانی فرونشست زمین را در دشت کرمانشاه در بازه زمانی 2016(ژوئن)تا2021(ژانویه) با استفاده از36 تصویر ماهواره‌ای Sentinel-1 و 88 اینترفروگرام حاصل از آن ،با به کارگیری تکنیک تداخل سنجی راداری تحت رویکرد طول خط مبنای کوتاه(SBAS) برآورد شود. نتایج حاصل از تحلیل سری زمانی خط مبنای کوتاه نشان‌دهنده‌ی بیشینه10سانتی‌متر در بخش غربی دشت کرمانشاه می‌باشد. بررسی ارتباط بین افت سطح آب‌های زمینی و میزان بیشینه فرونشست در سطح دشت خطی نبودن این رابطه را نشان می‌دهد. که با بررسی جنس زمین در محدوده مطالعاتی به تاثیر همزمان ضخامت رسوبات ریزدانه و افت سطح آب زیر زمینی در منطقه بیشینه پی برده شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Evaluation of kermanshah plain subsidence time series using small-based radar interferometry technique (SBAS)

نویسندگان English

masomeh rajabi 1
shahram roostaei 1
sara mataee 2
1 Department of Geomorphology, University of Tabriz, Faculty of Planning and Environmental Sciences
2 Geomorphology, Tabriz University (Faculty of Planning and Environmental Sciences), Tabriz, Iran
چکیده English

Extended Abstract



Introduction

Investigation and monitoring of displacement field due to deformations of the earth's surface is one of the most important and applied studies in various topics such as geology, geomorphology, geophysical. Land subsidence is one of the destructive geological phenomena that can cause irreparable financial and life losses. In fact, subsidence is a morphological phenomenon that in the logical state of this phenomenon includes collapse or downward sitting of the earth's surface, which can also have a small horizontal displacement vector (Solari et al., 2018). This phenomenon has been charted as a serious crisis in most plains of the country in recent years. Therefore, identifying and reducing the consequences of subsidence phenomenon requires a monitoring system. Several methods have been proposed to accurately evaluate and measure this phenomenon, which radar interferometry technique was introduced as one of the methods of radar image processing in active remote sensing, a useful tool in monitoring the placements of the earth's surface (Sadeghi et al., 2012).So that over the past several years, the use of radar interferometry technique to evaluate and monitor land subsidence has increased and its time series algorithms such as PSI and SBAS have provided the possibility of measuring ground displacements (Abu pit et al., 2010). Therefore, in this study, we tried to estimate the time series of kermanshah plain subsidence during 2016-2021 using Sentinel 1 satellite imagery and using radar interferometry technique under small baseline length approach.



Methodology

Radar interferometry with artificial valve is a remote sensing technique. In which two or more radar images are used to produce digital elevation models or to map the displacement of the earth's surface. In this technique, the phase difference between two different waves is measured and this phase difference is attributed to the change in distance between the sensor and the ground target or the displacement of the earth's surface. Ideally, each interferogram should have only a phase difference caused by the displacement of the earth. For this reason, other components must be removed or deducted so that the remaining phase can be obtained only from displacement. In the above article, using radar data and using radar interferometry technique and small baseline time series analysis, the time series of land subsidence phenomenon in Kermanshah plain is monitored and measured. In this method, only visual couples are used that the vertical component of the baseline is less than the critical value of the baseline. Also, their time baseline is minimized at the same time. In this way, only interferences are formed that have good quality. Then, the results of this method, which is the average annual subsidence map in the desired period, are investigated to explain the relationship between the cause of subsidence occurring on the plain surface with changes in groundwater level and the thickness of fine sediments.



Results and Discussion

In order to investigate the behavior pattern of the earth surface in the long term, we used time series analysis using small baseline method. To do this, among multiple images and interferograms, 36 radar images were selected from sentinel 1 sensor at the time interval of 2016 (June) to 2021 (January) and selected by the lowest baseline of 88 interferograms that had a suitable spatial and temporal baseline and were dispersed in the interferometry process. After obtaining the interferogram images, the noises in the mapping interference must be removed so that the residual noise is only due to the displacements of the earth's surface, resulting in the average map of the earth's surface displacements in the desired timeframe. Evaluation of the obtained map indicates maximum subsidence of -100 mm/year in the western parts of the plain. Then, by preparing a map of water level drop in the plain, the relationship between these two variables was investigated, which did not show a significant correlation between them, so by examining another effective factor in the plain surface, we realized that in addition to the drop in the water level, the thickness of fine sediments should also be considered because by summing these two factors together, the surface subsidence. The earth intensifies. This is well known in the western parts of the plain

Conclusion

The maximum subsidence calculated between 2016 and 2021 is 10 cm, which covers an area of about 1.67% of the total area. Then, in order to explain the cause of subsidence occurring in the region, we investigated the relationship between groundwater level drop and subsidence in the region. By evaluating 54 piezometer wells in the plain, it has been observed that the maximum subsidence range is not in accordance with the maximum drop in water level. Therefore, we were looking for another effective factor in the plain surface that by studying the thickness of fine sediments (clay and silt) in the maximum subsidence range, we saw a high thickness of fine sediments which has experienced a moderate drop from the water surface about 5 meters per year. Therefore, it is not always possible to see the linear relationship between water level drop and land subsidence.

investigation of steady state index showthebarchan dunes, with annual displacement rate more than 12 meters,have the maximum number and highest rates of displacement, and have the lowest steady state. Thus this group is demanding the more attention and planning requirements for stabilization of quicksand and environmental management of mobile barchan dunes.

کلیدواژه‌ها English

Land subsidence
radar interferometry
short baseline
Kermanshah Plain
احمدی، نعیمه، موسوی، زهرا، معصومی، زهره، 1397، مطالعه فرونشست دشت خرمدره با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری و بررسی مخاطرات آن، سنجش از دور و gis،  سال دهم، شماره سوم ،صص33-52.
آقایاری، لیلا، عابدینی، موسی، اصغری سراسکانرود، صیاد، 1400، برآورد میزان فرونشست با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری و پارامترهای آب های زیرزمینی و کاربری اراضی( مطالعه موردی: دشت اردبیل)، پژوهش­های ژئوکمی، سال یازدهم، شماره1، تابستان1401، صص117-132.
اکبری، محمود، 1400، پایش فرونشست زمین تحت تاثیر عوامل زمین­شناسی و منابع آب با روش تداخل­سنجی تفاضلی راداری(مطالعه موردی: شهر اراک) نشریه حفاظت منابع آب و خاک، سال دهم، شماره3، بهار1400،صص116-131.
پاپی، رامین، عطارچی، سارا، سلیمانی،مسعود، 1399، تحلیل سری زمانی فرونشست زمین در غرب استان تهران(شهرستان شهریار) و ارتباط آن با برداشت آب­های زیر زمینی با تکنیک تداخل­سنجی راداری، جغرافیا و پایداری محیط34(1399)  صص128-109.
حاجی­زاده، عبدالحسین، نظام­محله، محمدعلی، فرزانه، سعید، رستگار، عبدالمطلب، سیدرضایی، هدا، 1392، مبانی سنجش از دور مایکرویوو(تداخل­سنجی) با تاکید بر علوم زمین، انتشارات ماهواره،1392، صص177.
حجازی، اسدالله، رضائی مقدم، محمدحسین، ولیزاده­کامران، خلیل، موسوی­کجاباد، ندا، 1401، آشکارسازی فرونشست زمین جهت پایداری دشت هریس با استفاده از تصاویر راداری و روش­هایpsو sbas، جغرافیا و پایداری محیط43(1401)صص 103-89..
حقیقت­مهر، پریسا، ولدان زوج، محمدجواد، تاجیک، رضا، جباری، سعید، صاحبی، محمودرضا، اسلامی، رضا، گنجیان، مصطفی، دهقانی، مریم، 1391،تحلیل سری زمانی فرونشست دشت هشتگرد با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری و سامانه موقعیت یاب جهانی، مجله علوم زمین، سال بیست و دوم، شماره85، صص105-114.
خرمی، محمد، ابریشمی، سعید، مقصودی، یاسر، 1397، تعیین فرونشست شهر مشهدبه روش تداخل سنجی راداری پراکنشگر دائمی، نشریه مهندسی عمران امیر کبیر، دوره51 شماره6، سال1398، صص1187-1204.
رهنما، حسین، میراث، سهراب، 1393، آب­های زیرزمینی و مخاطره فرونشست سطح زمین در دشت­های ایران، پنجمین کنفرانس بین المللی مدیریت جامع بحران­های طبیعی،629-651.
روزبان، علی، 1395، بررسی فرونشست زمین با استفاده از روش تداخل سنجی تفاضلی راداری(d-insar) و با بکارگیری تصاویر سنجنده جدید سنتینل، با راهنمایی اسماعیلی، علی، معتق، مهدی، پایان نامه کارشناسی ارشد.
شریفی کیا، محمد،1391، تعیین میزان و دامنه فرونشست به کمک روش تداخل سنجی راداری(D-INSAR) در دشت نوق-بهرمان، علوم انسانی و آمایش فضایی،دوره شانزدهم، شماره3،صص55-77.
صادقی، زهرا، ولدان زوج، محمدجواد، دهقانی، مریم،1392، تلفیق دو روش متفاوت تداخل سنجی راداری بر پایه پراکنش­کننده­های دائمی به منظور پایش فرونشست، علوم زمین، سال بیست و دوم، شماره90، صص45-54.
صفاری، امیر، جعفری، فرهاد، 1395، سنجش مقدار و پهنه بندی خطر فرونشست زمین با استفاده از روش تداخل سنجی راداری(مطالعه موردی دشت کرج-شهریار، فصلنامه جغرافیای ایران، سال چهاردهم، شماره48،صص 82-93.
عابدینی، موسی، 1392، بررسی علل فرونشست دشت اردبیل و اثرات آن در محدوده شهر، فصلنامه علمی و پژوهشی، جغرافیای طبیعی، سال بهار1392ق شماره19، صص71-84.
عزتی، سودابه، 1394، بررسی فرونشست زمین در اثر برداشت از آب­های زیرزمینی به روش تداخل­سنجی راداری، مطالعه موردی: دشت شبستر-صوفیان، به راهنمایی ولیزاده کامران، رسولی ، علی اکبر، پایان­نامه کارشناسی ارشد.
علایی طالقانی، محمود، 1382، ژئومورفولوژی ایران، تهران، نشرقومس، چاپ اول، صص144.
قهرودی­تالی، منیژه، 1387، درآمدی بر سیستم­های اطلاعات جغرافیایی،انتشارات پیام نور، نسخه آزمایشی، ص70.
نصیری­خانقاه، علیرضا، شریفیان­عطار، رضا، 1398،کاربرد تداخل­سنجی رادار در مطالعه فرونشست، انتشارات مهرجالینوس، 1398، صص4 و64.
Aobpaet, A., Caro Cuenca, M., Hooper, A., Trisirisatayawong, I.(2010). Land Subsidence Evaluation Using Insar Time Series Analysis In  Bangkok Metropolitan Area, Proc. ‘Fringe 2009 Workshop’, Frascati, Italy,30 November –4 December 2009 (ESA SP-677, March 2010).
Benito-Calvo A., Gutiérrez F., Martínez-Fernández A., Carbonel D., Karampaglidis T., Desir, G., Sevil J., Guerrero J., Fabregat I., García-Arnay Á.(2018). 4D monitoring of active sinkholes with a terrestrial laser scanner (TLS): a case study in the evaporite karst of the ebro valley, NE Spain. Remote Sensing, 10(4): 571-585.
Dehghani, M., ValadanZoej, M. J., Enteza, I., Saatchi, S. & Shemshaki, A.(2010). Interferometric Measurements of Ground Surface Subsidence induced by verexploitation of Groundwater., Journal of Applied Remote Sensing, vol.4, 041864, doi:10.1117/1.3527999.
Hu, B., Chen, J., Zhang, X.(2019). Monitoring the Land Subsidence Area in a Coastal Urban Area with InSAR and GNSS, Sensors 2019, 19, 3181.
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.
Solari, L., Del Soldato, M., Bianchini, S., Ciampalini, A., Ezquerro, P.,  Montalti, R., Raspini, F., Moretti, S.( 2018). From ERS1/2 To Sentinel-1: Subsidance Monitoring In Italy In The Last Two Dacades. Journal Frontiers in Earth Science.
Yastika, P., Shimizu,  N., Pujianiki, N., Temaja, I., Antara,. I, Osawa, .T.( 2019). Detection of silent subsidence over extensive area by SBAS DInSAR: a case study of Southern Bali, Indonesia,  E3S Web of Conferences 153, 02003, 2020, 530 CORECT-IJJSS 2019.
Zhou,  Z. (2013). The  applications  of  InSAR  time  series  analysis  for  monitoring  long term  surface  change  in peatlands, University of Glasgow.
Ho, D. T. D., Tran, C. Q., Nguyen, A. D. and Le., (2016). Measuring ground subsidence in Hanoi city by radar interferometry.Science and Technology Development Journal, 19 (2)122-129