بررسی فرونشست دشت خانمیرزا بر اساس داده های ژئومورفیک و تکنیک تداخل سنجی راداری در بازه زمانی سالهای 2003 تا 2010

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی دانشگاه اصفهان.

2 استاد ژئومورفولوژی گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم جغرافیایی و برنامه‌ریزی، دانشگاه اصفهان.

3 استادیار گروه سیستم های اطلاعات مکانی و سنجش از دور ، واحد لنجان ، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان.

4 استادیار مهندسی خاک و آب ، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی اصفهان.

10.22034/gmpj.2023.378151.1400

چکیده

امروزه فرونشسست به عنوان عامل مهمی در از بین رفتن منابع آب و خاک هم از لحاظ کمی و هم از لحاظ کیفی به شمار می‌رود. پیشتر این رویداد در مناطق خشک و نیمه خشک به علت برداشت آب زیرزمینی و تغذیه ناکافی منابع زیرسطحی، امری عادی بود. اما در حال حاضر این رویداد در دشت-های مناطق معتدل، با ورودی آب تغذیه ای مناسب اتفاق می‌افتد. دشت خانمیرزا از جمله دشت‌های مناطق سرد و معتدل ایران است که با میانگین بارش 500 میلیمتر در سال و تغذیه کافی از لحاظ وجود منابع سطحی، رویداد فرونشست هم اکنون در آن با روند سریعی در حال اتفاق است. بدین منظور با هدف ارزیابی فعالیت تکتونیکی منطقه در ایجاد پدیده فرونشست از برخی شاخص‌های ژئومورفیک مانند شاخص شکل حوضه(BS)، گرادیان طولی رودخانه(SL)، عدم تقارن حوضه زهکشی(AF)، شاخص تقارن توپوگرافی معکوس(T)، شاخص انتگرل هیپسومتری(H) فرونشست منطقه از لحاظ تکتونیکی مورد مطالعه قرار گرفت. همین‌طور با استفاده از تداخل‌سنجی راداری نرخ فرونشست مشخص شد. بررسی این شاخص‌ها نشان داد که شاخص‌های، شکل حوضه(BS)، گرادیان طولی رودخانه(SL)، عدم تقارن حوضه زهکشی(AF)، شاخص تقارن توپوگرافی معکوس(T) ، بیانگر تکتونیک فعال در منطقه است. فعالیت‌های زمین ساخت باعث کشیدگی دشت و نامتقارن شدن دو طرف رود اصلی شده است. همین‌طور نتایج مربوط به تداخل‌سنجی راداری در بازه دوساله بیانگر این است که به موازات فرونشست( با نرخ 9 سانتیمتر) در بخش‌هایی از دشت، بخش‌های دیگر با بالاآمدگی( با نرخ 21 سانتیمتر) مواجه است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating the subsidence of Khanmirza plain based on geomorphic data and radar interferometric technique in the period of 2003 to 2010

نویسندگان [English]

  • khadijeh moradi 1
  • Mohammed Hussain Ramesht 2
  • Ghasem Khosravi 3
  • Kourosh Shirani 4
1 University of Esfahan
2 Professor, Department of Physical Geography, Faculty of Geographical Sciences and Planning, University of Isfahan, Isfahan, Iran
3 Department of Spatial Information Systems and Remote Sensing, Lenjan Branch, Islamic Azad University
4 Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Department, Isfahan Agricultural and Natural Resources, Research and Education Center, AREEO, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Introduction

Khanmirza plain is one of the plains of cold and temperate regions of Iran, with an average rainfall of 500 mm per year and sufficient nutrition in terms of surface resources, the subsidence event is currently happening in it with a rapid trend. In terms of geostructure, Khanmirza plain is located in the folded Zagros zone in the south of the Dana fault, and the presence of piezometers protruding from the soil, as well as the presence of springs, etc., are signs of crustal movement on the surface of this plain. For this purpose, with the aim of evaluating the tectonic activity of the region in creating the phenomenon of subsidence from some geomorphic indices such as basin shape index (BS), river longitudinal gradient (SL), drainage basin asymmetry (AF), reverse topography symmetry index (T), integral index Hypsometry (H) of the region's subsidence was studied tectonically. Likewise, the subsidence rate was determined using radar interferometry. Examining these indicators showed that the indicators of basin shape (BS), river longitudinal gradient (SL), drainage basin asymmetry (AF), reverse topography symmetry index (T) are active tectonics in the region. Earth construction activities have caused the plain to stretch and become asymmetric on both sides of the main river. Likewise, the results of radar interferometry in the two-year period indicate that parallel to subsidence (at a rate of 9 cm) in some parts of the plain, other parts are facing uplift (at a rate of 21 cm).

Collapse and subsidence can be caused by natural geological phenomena such as earthquakes, dissolution of limestone, chalk and salt rocks, melting of ice and compaction of deposits, slow movements of the crust and the release of lava from the solid crust of the earth, or activities human activities such as mining, extracting underground fluids such as underground water, oil or gas (Galloy and Barbie, 2011: 1459). Radar interferometry has been widely used by Earth researchers since the early 1990s (Shirani et al.: 2013). This technique can be used to measure displacements resulting from many phenomena such as earthquakes, landslides and subsidence. In general, there are nearly six hundred plains in Iran, and it is likely that more than half of them are subject to subsidence (Kia Sharifi, 2010: 58).

Methodology

In order to evaluate the tectonic situation of the region, from topographic maps 1:50000 and geological map 1:100000 to calculate basin shape index (BS), river longitudinal gradient (SL), drainage basin asymmetry (AF), symmetry index Inverted topography (T), hypsometric integral index (H) from (DEM) 30 meters and topographic map were used, which were processed in GIS environment. D-InSAR radar images were used in the period from 2003 to 2005, which were processed in ENVI 5.3 software. Radar interferometry technique

Results and Discussion

How to calculate the SL river gradient index: The SL index is calculated for the middle point between two flow curves. Symmetry index of transverse topography (T): this index can also specify the state of symmetry and, as a result, the active or inactive state of the region. Drainage basin asymmetry index (AF): The asymmetry index is a method to evaluate the existence of tilts caused by tectonic activities at the scale of the drainage basin. Basin Shape Ratio Index (BS): Basins that have an elongated shape are tectonically active. And the shape of basins that are tectonically inactive tends to be round. Integral Hypsometric Index: Integral Hypsometric is an index that calculates the height of the entire area in relation to the area of the entire area. The values of this index show the transformation stages of the landscape in the erosion cycle. Today, radar interferometry, as a technique that estimates the displacement of the earth's surface with high accuracy and resolution, is a common tool for investigating the change of the earth's surface due to various factors, including land subsidence. In this technique, an interferogram can be prepared using two satellite images. So that by using the interferometric tool, the phases of the return signal from the ground are subtracted from each other in two time-delayed satellite images of the same region to extract changes in the ground surface. The radar interferometry technique uses Sarscape software as one of the powerful tools in the digitization of satellite images to survey the changes in the earth's surface. In this research, 12 Envisat satellite images from the European Space Agency were prepared

Conclusion

. The amount of subsidence calculated from 10 paired images is 9 cm drop in a two-year period, and the amount of elevation obtained from the images was calculated as 21 cm in a two-year period. By comparing these two numbers, it can be concluded that in this basin, the uplift rate is twice as high as the subsidence rate.

The obtained values show that in addition to groundwater extraction as one of the main and common causes of subsidence, considering the tectonic factor in areas such as the Khanmirza watershed with high rainfall input is one of the main reasons for its formation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Radar interferometry
  • Khanmirza plain
  • active tectonics
  • geomorphic index
  • subsidence
احمدی، ن.، موسوی، ز.، معصومی، ز.، 1397. ارزیابی: مجله فارسی سنجش از دور و GIS ایران، مطالعه فرونشست دشت خرمدره با استفاده از تکنیک تداخل­سنجی راداری و بررسی مخاطرات آن، دوره 10، شماره 3، صص 33-52
پورخسروانی، م.، رامشت، م ح.، المدرسی، س ع.، 1391. ارزیابی: مجله فارسی پژوهشهای جغرافیای طبیعی ،دوالیتی در ژئومورفولوژی، ، سال 44، 72-63
حاجب، ز.، موسوی، ز.، معصومی، ز.، رضایی، ا.، 1398. ارزیابی: مجله فارسی علوم زمین، مطالعه فرونشست دشت قم با استفاده از تداخل سنجی رادرای و ویژگی­های هیدروژئولوژیکی آبخوان، سال بیست و هشتم، شماره 114، صفحه 251 تا 258
حبیب اللهیان، م.، رامشت، م ح.، 1391. ارزیابی: مجله فارسی جغرافیا و توسعه، کاربرد شاخص­های ارزیابی تکتونیک جنبا در برآورد وضعیت تکتونیکی بخش علیای زاینده­رود، دوره10 شماره پیاپی 26، صص99-112
جمال آبادی، ج.، زنگنه اسدی، م ع.، امیراحمدی، ا.، 1397. ارزیابی: مجله فارسی جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، روابط کمی بین حجم مخروط افکنه­ها و ارتباط آن با تکتونیک فعال(مطالعه موردی: مخروط افکنه­های دامنه جنوبی ارتفاعات جغتای)، دوره 29، شماره 3 ، صص 35-56
رجبی، م.، انصاری، م.، 1396. ارزیابی: مجله فارسی فصلنامه جغرافیای طبیعی، نقش مطالعات هیپسومتریک در تحلیل وضعیت و فرسایش حوضه­های آبریز جنوب و جنوب شرق شهرستان سراب، سال دهم، شماره 36
رنجبرمنش، ن.، انتظاری، م.، رامشت، م ح.، 1393. ارزیابی: مجله فارسی ژئومورفولوژی کاربردی، بحران ناشی از افت سطح آب زیرزمینی در اثر فعالیت تکتونیکی در دشت ماهیدشت، دوره 1، شماره دوم
شریفی کیا، م.، 1391. ارزیابی: مجله فارسی مدرس علوم انسانی- برنامه­ریزی و آمایش فضا، تعیین میزان و دامنه­ی فرونشست زمین به کمک روش تداخل­سنجی راداری (D-InSAR) در دشت نوق- بهرمان، دوره شانزدهم، شماره3، 77-55
صفاری، ا.، جعفری، ف.، 1395. ارزیابی: مجله فارسی جغرافیا، سنجش مقدار و پهنه­بندی خطر فرونشست زمین با استفاده از روش تداخل سنجی راداری: مطالعه موردی: دشت کرج – شهریار، شماره 48،
شفیعی، ن.، زنگنه، م ع.، جمال آبادی، ج.، مجرد تیتکانلو، ز.، 1398. ارزیابی: مجله فارسی تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی( علوم جغرافیایی)، بررسی علل افت آبهای زیرزمینی دشت نورآباد ممسنی با استفاده از شاخصهای ژئومورفیک و مبتنی بر نظریه ژئودوالیته، دوره 19، شماره 52، صص 235-254
عابدینی ، م، عبادی ، ا، قلعه، ا .،1401.ارزیابی: شریه جغرافیا و برنامه ریزی، بررسی فرونشست دشت ماهیدشت استان کرمانشاه با استفاده از روش تداخل سنجی راداری، پیاپی 79 (بهار 1401)، صص 207 _220
عرب­ عامری، ع.، رفیعی، ع.،  رضایی، خ.، شیرانی، ک.، محمدی ثابت، ن.، 1396. ارزیابی: مجله فارسی مهندسی و مدیریت آبخیز، برآورد میزان سالیانه فرونشست در دشت مهیار با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری و تحلیل پارامترهای موثر بر آن، جلد 11، شماره 3، صص 661-675
فرزین کیا، ر.، زنگنه اسدی، م ع.، امیراحمدی، ا.، زندی، ر.، 1398. ارزیابی: مجله فارسی هیدروژئومورفولوژی، ارتباط فعالیت­های تکتونیکی و تاثیر آن در فرونشست زمین در حوضه­ی آبریز دشت جوین، شماره 20، سال 5، صص 165-185
کرمی، ف.، 1388. ارزیابی: مجله فارسی پژوهش­های جغرافیای طبیعی، ارزیابی ژئومورفیک فعالیت­های تکتونیکی در حوضه زهکشی سعیدآبادچای، شماره 69، صص 82-67
گورابی، ا.، نوحه­گر، ا.، 1386. ارزیابی: مجله فارسی پژوهش­های جغرافیایی طبیعی، شواهد ژئومورفولوژیکی فعال حوضه آبخیز درکه، دوره 39، شماره 8
 محمدنژاد آروق، و.، خدمت زاده، ع.، 1399. ارزیابی: هیدروژئومورفولوژی، تهیه نقشه­ی شاخص گرادیان طولی رودخانه میتنی بر GIS و  DEM جهت ارزیابی تکتونیک فعال( مطالعه موردی: شمال دامغان)، شماره­ی 22، سال ششم، صص 137-157
مرادی، آ.، عماد الدین، س.، آرخی، ص.، رضایی، خ.، 1399. ارزیابی: نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری، اطلاعات چاه­های ژئوتکنیکی و پیزومتری( مطالعه موردی: منطقه شهری 18 تهران)، سال هفتم، شماره 1، صص 153 تا 176
نصیری­خانقاه، ع.، خسروی، ق.، غفوریان، ه.، اسلامی، ر.، 1393. ارزیابی: همایش ملی آب، انسان، زمین، دانشگاه آزاد اسلامی واحد اصفهان، مقایسه رفتارسنجی پدیده فرونشست اصفهان با شبکه GPS و تکنیک تداخل­سنجی رادار، دوره 1
 نگهبان، س.، درتاج، د.، 1398. ارزیابی: نشریه هیدروژئومورفولوژی، ارزیابی تکتونیک فعال حوضه­ی رودخانه سیروان با استفاده از شاخص­های ژئومورفیک، شماره 19، سال 5، صص 209-187
وزارت نیرو سازمان مدیریت منابع آب ایران(1388). مطالعات نیمه تفضیلی منابع آب زیرزمینی دشت خانمیرزا، جلد هفتم
وزارت نیرو سازمان مدیریت منابع آب ایران(1388). مطالعات نیمه تفضیلی منابع آب زیرزمینی دشت خانمیرزا، جلد دوم زمین شناسی
Berardino, P., Fornaro, G., Lanari, R. & Sansosti, E., 2002- A New algorithm for surface deformation monitoring based on small baseline differential SAR interferograms, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 40: 2375-2383.
Galloway, D.L., Burbey, T.J., 2011. Review: Regional land subsidence accompanying groundwater extraction, Hydrogeology Journal, 19: 1459-1486.
Gutiérrez, F., Benito-Calvo, A., Carbonel, D., Desir, G., Sevil, J., Guerrero, J., Martínez-Fernández, A., Karamplaglidis, T., García-Arnay, Á., Fabregat, I. (2019), Review on sinkhole monitoring and performance of remediation measures by high precision leveling and terrestrial laser scanner in the salt karst of the Ebro Valley, Spain, Engineering Geology, 248: 283-308
Raspinia, F., Loupasakis, C., Rozosb, D., Adamc, N.,  Moretti, S., 2014 .Ground subsidence phenomena in the Delta municipality region  (Northern  Greece):  Geotechnical  modeling  and  validation  withPersistent
Scatterer Interferometry, ELSEVIER International Journal, vol28, pp78-89.
Shirani, K., 2013. Detection, monitoring and landslide risk assessment using RADAR satellite images, case study: Dena Mountains. PhD Thesis, University of Isfahan, 268 pages (in Persian).
Smith, R.G., Knight, R., Chen, J., Reeves, J.A., Zeb  ker, H.A., Farr T and Liu Z., 2017. Estimating the permanent loss of groundwater storage in the southern San Joaquin Valley, California, Water Resources Research journal, vol 53, pp. 2133-2148.