بررسی همبستگی مورفومتری ترک‌های حاصل از فرونشست با تغییرپذیری ادافیک در دشت نیشابور

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

در دهه اخیر، پدیده فرونشست به‌عنوان یک مخاطره ژئومورفیک، در بخش وسیعی از دشت‌های ایران در حال وقوع است. این پدیده با بروز ترک‌ها و شکاف‌هایی در روی زمین و آسیب زدن به سازه‌های سطح زمین شناخته می‌شود. هدف این مقاله بررسی ارتباط آماری بین تغییرپذیری ادافیک با تغییرات مورفولوژی ترک‌های حاصل از فرونشست زمین در دشت نیشابور می‌باشد. در ابتدا چهار منطقه در سطح دشت نیشابور شامل روستاهای بازوبند، کاریزک، بشرو و کلاته‌قنبر که شکاف‌های مرتبط با فرونشست در آن‌ها به لحاظ ویژگی‌های مورفومتری مانند عرض، طول و ژرفا برجسته و متفاوت هستند، شناسایی و انتخاب شد. در طول شکاف این مناطق نمونه‌برداری خاک به‌صورت سیستماتیک در دو حالت سطحی (30-0 سانتیمتر) و عمقی (100-30 سانتیمتر) صورت گرفت و اندازه‌گیری شاخص‌های مورفولوژی شامل عرض، طول و عمق شکاف انجام شد. به‌منظور بررسی ویژگی‌های فیزیکی – شیمیایی خاک، پنج مشخصه بافت، دانه‌بندی، درصد رطوبت، pH و هدایت الکتریکی نمونه‌ها تعیین شد. سپس با بهره‌گیری از آزمون‌های آماری ناپارامتریک، ارتباط بین ویژگی‌های فیزیکی- شیمیایی خاک با شاخص­های مورفولوژی شکاف­ها بررسی و تحلیل شد. ضریب همبستگی بین متغیرها نشان داد که رابطه بین شاخص طول شکاف و درصد رطوبت در سطح اطمینان 95 درصد، با ضریب همبستگی 677/0 معنی‌دار می‌باشد. همچنین نتایج نشان داد که همبستگی بین شاخص عمق شکاف با درصد رطوبت، درصد شن و درصد رس در سطح عدم اطمینان 5 درصد معنی‌دار می‌باشد. نتایج همبستگی آماری تأیید کرد که رطوبت خاک عاملی جهت گسترش ابعاد شکاف (عمق و طول) است. همچنین افزایش مقادیر هدایت الکتریکی نیز باعث افزایش ابعاد شکاف (عمق) در منطقه مطالعاتی شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Morphometric correlation of land subsidence related fissures and edaphic variability over Neyshabour Plain

نویسندگان [English]

  • maryam jalini
  • adel sepehr
  • gholamreza lashkari poor
  • alireza rashki
ferdosi mashhad university
چکیده [English]

Introduction
Land subsidence related fissures caused by tectonic movements and human activities are developing along many plains of Iran considering arid and semi-arid areas. Two approaches in relation of extension of subsidence related fissures are dominant. One of them, considers tectonic as a main factor and other focus on ground-water depletion. The Nishabour plain is a critical plain in Khorasan-Razavi and Iran as well as the subsidence-related fissures are extending along recent decades and treat civilization of this region. The ground aquifer depletion rate is estimated 8 m/y in the region. In this study, has been assessed the correlation between fissures morphology and edaphic variability in four points with different fissures regarding fissures morphology dimensions.
Methodology
At the first, the basic data including maps of geology, topography, and geomorphology were prepared. The meteorological data were gathered between 1365-1395, GPS station data and groundwater level data during 1366-1394 were provided as well. The sampling was applied over four regions with different morphology of fissures, where a systematic sampling was used for each regions in two depths including surface (0-30cm) and deep (100cm). So 11 points in each region were collected and ultimately 88 soil samples were taken. Indices of soil texture, moisture, electrical conductivity, and pH were measured for each sample. The SPSS (version 22) was used for statistical analysis. A parametric and non-parametric methods was used based on normal distributions. Finally, to investigate the correlation between the morphology of the fissures with soil edaphic characteristics, a non-parametric Spearman correlation coefficient was used.
Results and discussion:
The statistical results for confidence coefficient 95% showed a significant amount between clay and sand in studied areas. There were significant differences between EC amounts in four regions. Soil pH values were not significantly different between the four regions. There was no significant difference between the amount of moisture content in four areas. Based on soil particle size distribution curve, the soil of studied regions are fine and coarse particles are in less. The results of Spearman correlation test indicated that coefficient of correlation between the fissures and moisture content is 0.677 with a significant relationship at the 95% confidence level. Also between the width of the fissures and variable moisture content, clay, and sand percent showed a significant correlation. The correlation coefficient between the depth of the fissures with moisture, sand, and clay are respectively, -0.703, 0.220 ,-0.378 with a significant at the 5% level of uncertainty.
The results showed development of depth and length of fissures depend on soil moisture oscillations. Therefore, soil moisture is a main factor to dynamic of fissures morphology. The result also shows that depth of fissure is increasing with levels of electrical conductivity, thus electrical conductivity amount, disperse the soil particles and decrease the adhesion properties, and ultimately extend the fissures. With the increase in the percentage of sand, according to the adhesion less coarse-grained soils in fine soils, the size of the fissure intensified. So following increasing  fine particles due to high water capacity holding, which increase the soil moisture and so the width of the fissure is less developed.
Conclusion
There are fissures in west, central and eastern Nishabour palin and the results obtained from GPS stations on the plains confirms the occurrence of land subsidence. The subsidence rate shows more than 10 centimeters per year. Active tectonic in the studied areas and over-exploitation of ground-water in recent years with drought conditions due to develop of big fissures in last decade. Unfortunately this phenomena treat agriculture and settlements life in the region with historical civilization. This research investigated correlation between edaphic and soil characteristics variability and subsidence-related fissures in Nishabour plain. The results of Spearman correlation showed that soil moisture content is a main factor in relation to fissures expansion. To control fissures expansion, the methods to avoid over-pumping is recommended in the region. Also modification of crop pattern and using new technologies in agriculture can be useful tool for decreasing damages to the lands.

  • امیراحمدی، ابوالقاسم؛ معالی اهری، نسیم و احمدی، طیبه( 1392) تعیین مناطق فرونشست احتمالی دشت اردبیل با استفاده از GIS، نشریه علمی پژوهشی جغرافیا و برنامه‌ریزی، سال 17، شماره 46، صص 23-1.
  • امینی حسینی، کامبد و بحرینی، پدرام (1379) نقشه پهنه‌بندی خطر فرونشست زمین در گستره استان لرستان، انجمن زمین‌شناسی ایران.
  • بلورچی، محمدجواد (1384) احتمال فرونشست زمین در اراضی وسیعی از تهران، پایگاه خبری شریف نیوز.
  • بی همتا، محمدرضا و زارع چاهوکی، محمدعلی ( 1387) اصول آمار در منابع طبیعی، چاپ اول، انتشارات دانشگاه تهران.
  • پورخسروانی، محسن؛ رامشت، محمدحسین و المدرسی، سید علی (1391) دوالیتی در ژئومورفولوژی، پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، سال 44، شماره 3. صص 72- 63.
  • تردست، علی؛ بلورچی، محمدجواد و شمشکی، امیر (1390) فرونشست زمین در اثر افت آب زیرزمینی در جنوب غربی تهران، چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران.
  • ترکمانی تمبکی، حمزه و رهنماراد، جعفر (1393) افت سطح آب زیرزمینی، فرونشست و خشکی زمین در دشت میناب، فاجعه‌ای اسفناک، همایش ملی بحران آب در ایران و خاورمیانه.
  • حسینی، سیدعلی (1384) برداشت بی رویه آب زیرزمینی،افت سطح آب و نشست زمین درمنطقه توس (مشهد)، نشریه رساناب شرکت سهامی آب منطقه ای خراسان رضوی مشهد، شماره 27،صص 42-32.
  • حقیقت مهر، پریسا؛ ولدان زوج، محمدجواد؛ صاحبی، محمودرضا و دهقانی مریم (1390) اندازه‌گیری فرونشست دشت هشتگرد ناشی از استخراج آب‌های زیرزمینی با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری، همایش ژئوماتیک 89، تهران، سازمان نقشه‌برداری کشور.
  • خورسندی آقایی، احمد و قریشی، سیدحسین (1390) بررسی فرونشست زمین در حوضچه های تغذیه مصنوعی، مطالعه موردی جنوب نیروگاه همدان و مقایسه آن با فروچاله‌های دشت همدان، چهارمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، 13 و 14 اردیبهشت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران.
  • روانان، نجم الدین؛ امیرافضلی، میلاد و عزتی فیض، جواد (1395) ارزیابی خطر فرونشست دشت اراک با استفاده از روش AHP. اولین همایش تخصصی پدیده فرونشست زمین در ایران، آبان 1395، تهران.
  • زارع مهرجردی، احمدعلی( 1390) بررسی پدیده نشست زمین و شکستگی‌های موجود در در منطقه رستاق جنوب میبد، مجله جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، سال 22، شماره پیاپی 43، شماره 3، صص 166-155.
  • عالم رجبی، محمدکاظم؛ مهرنهاد، حمید و آریامنش، محمد (1392) بررسی تاثیر گسل‌ها در تشکیل و توسعه زمین نشست در دشت یزد-اردکان، هفتمین کنگره ملی مهندسی عمران،دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، زاهدان 17 و 18 اردیبهشت.
  • عباس نژاد، احمد (1377) بررسی شرایط و مسائل زمین شناسی محیط زیست دشت رفسنجان، فشرده مقالات دومین همایش انجمن زمین شناسی ایران، صص 310-303.
  • عفیفی، محمدابراهیم؛ قنبری، عبدالرسول و طبخی، فاطمه (1392) ارزیابی پتانسیل فرونشست و عوامل موثر بر آن مطالعه موردی دشت سیدان فاروق مرودشت، اولین همایش سراسری محیط زیست، انرژی و پدافند زیستی، 10 دی، دانشگاه آزاد میبد.
  • کارگر، رضا و  قاسمی، مریم (1392) قنات و نشست زمین در دشت سبزوار. اولین همایش ملی جغرافیا شهرسازی و توسعه پایدار، اسفند 1392، تهران.
  • کشاورز بخشایش، محمد؛ نجفی، بهنام و تلخابلو، مهدی (1393) ارزیابی خطر فرونشست زمین در محدوده مرکزی شهر تهران، هشتمین همایش ملی تخصصی زمین‌شناسی دانشگاه پیام نور، مرکز اراک.
  • گوهری، زهرا؛ آرا، هایده و تاجبخش، سیدمحمد (1395) تعیین مناطق مستعد فرونشست با تکیه بر پهنه بندی کمی آب زیرزمینی دشت سبزوار، همایش تخصصی پدیده فرونشست زمین در ایران، تهران، 26 آبان.
  • لشکری پور، غلامرضا؛ غفوری، محمد؛ باقرپور، احمد و طالبیان، سیده لیلا (1386 a) تاثیر افت سطح آب زیرزمینی در نشست زمین: مطالعه موردی دشت کاشمر، مجموعه مقالات اولین کنگره زمین شناسی کاربردی ایران، مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد، جلد دوم، صص 922-916.
  • لشکری پور، غلامرضا؛ غفوری، محمد؛ کاظمی گلیان، رمضان و دم شناس، مهدی(1386b) نشست زمین در اثر افت سطح آبهای زیرزمینی در دشت نیشابور، پنجمین همایش زمین شناسی مهندسی و محیط زیست ایران.
  • لشکری پور، غلامرضا؛ غفوری، محمد و مرادی، طاهر (1386 c) افت سطح آب های زیرزمینی و بررسی نشست زمین در دشت اسدآباد، مجموعه مقالات یازدهمین همایش علوم زمین، دانشگاه فردوسی مشهد.
  • لشکری پور، غلامرضا؛ رستمی بارانی، جمیدرضا؛ کهندل، اصغر و ترشیزی، حسین (1385) افت سطح آب زیبرزمینی و نشست زمین در دشت کاشمر، مجموعه مقالات دهمین همایش علوم زمین، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، صص 2438-2428.
  • معارف وند، پرویز و شمس الدین سعبد، مسعود (1392) اثر بارگزاری سطحی بر لوله‌های فاضلاب شهری در روش‌های مختلف اجرا، مجله علمی پژوهشی روش‌های تحلیلی و عددی مهندسی معدن، دوره 3، دوره 5، صص 10-1.
  • موسوی مداح، سیدمحمد؛ غفوری، محمد؛ لشکری پور، غلامرضا و افشار، سلمه (1389) بررسی پدیده نشست زمین تاثیر آن بر گسیختگی لوله‌های جدار چاه‌های آب در محدوده شهر مشهد با استفاده از پهنه‌بندی تغییرات دانه‌بندی لایه‌های زمین، چهارمین همایش بین المللی مهندسی ژئوتکنیک و مکانیک خاک ایران، 11 و 12 آبان، تهران.
  • مهشادنیا، فاطمه( 1384) مروری بر نشست منطقه‌ای زمین در ایران و تدوین بانک اطلاعات فرونشست زمین، پایگاه ملی داده‌های علوم زمین کشور، سازمان زمین‌شناسی و اکتشافات معدنی کشور.
  • ولایتی، سعید و بهنیافر، ابوالفضل (1386) غارشناسی، ترجمه گلیسون، دیوید، انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی مشهد.
  • یزدانی، وحید و منصوریان، حمید (1393) پهنه‌بندی پتانسیل بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی با استفاده از داده‌های کمی و کیفی آبخوان دشت نیشابور، فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، سال چهارم، شماره 15.
 

  • Abidin, H.Z, Andreas, H. Gumilary, I, Wangsaatmaja, S, Fukuda, Y. (2009), subsidence and groundwater extraction in Bandung Basin, Indonesia, IAHS Publ. Vol. 329, pp. 145-156.
  • Alipour. A., Motagh, M., Sharifi, M. and Walter, T.R. (2008). Satellite radar interferometry time series analysis of land subsidence caused by groundwater overexploitation in Tehran, Iran, Geophysical Research Abstracts, Vol. 10, EGU2008-A-10684.
  • Baramati, A., Carbognin, L., Quaial, T., Teatini, P. and Tosi, L. (2003). The Lagoon of Venice: geological setting, evolution and land subsidence, Episodes, Vol. 26 (3), pp. 264-268.
  • Chatterjee, R.S., Fruneau, B., Rudant, J.P., Roy, P.S.,Frison, P.L., Lakhera, R.C., Dadhwal, V.K. and Saha, R., (2006). Subsidence of Kolkata (Calcutta) City, India during the 1990s as observed from space by Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry (D-InSAR) Technique, Remote Sensing of Environment, Vol. 102, pp. 176-185.
  • Conway Brian D.(2015). Land subsidence and earth fissures in south-central and southern Arizona, USA. J Hydrogeol .
  • Galloway, D.L.. Burbey, J. Thomas, J. 2013. Regional land subsidence accompanying groundwater extraction. Hydrogeology Journal, 19: 1459–1486.
  • Hou, C.S., Hu, J.C, Shen, L.C, Wang, J.S., Chen, C.L., Lai, T.C., Huang, C., Yang, Y.R., Chen, R.F., Chen, Y.G., Angelier, J., (2005). Estimation of subsidence using GPS measurements, and related hazard: the Pingtung Plain, southwestern Taiwan. C.R. Geosciences, Vol. 337, pp. 1184-1193.
  • Hu, J.C., Chu ,H.T., Hou, C.S., Lai, T.H., Chen, R.F., Nien, P.F., (2006). The contribution to tectonic subsidense by  groundwater abstraction in the Pingtung area, southwestern Taiwan as determined by GPS measurements. Quaternary International Vol. 147,pp.62-69.
  • Hu, R.L., Yue, Z.Q., Wang, S.J., (2004). Review on current status and challenging issues of and subsidence in China, Engineering Geology, Vol. 76, pp. 65-77.
  • Leake, s.a., (2004), Land Subsidence From Ground Water Pomping,  United States Geological Survey, URL: http://geochange. er.usgs. gov/ sw/ changes/ anthropogenic/ subside.
  • Lin Bai, Liming Jiang, Hansheng Wang  and Qishi Sun ,(2016). Spatiotemporal Characterization of Land Subsidence and Uplift (2009–2010) over Wuhan in Central China Revealed by TerraSAR-X InSAR Analysis.
  • Motagh, M. Thomas R. Walter, Mohammad Ali Sharifi, Eric Fielding, (2016). Land subsidence in Iran caused by widespread water reservoir overexploitation. GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 35, L16403,
  • Minsi, A . Changcheng, W . Rongan, X . Xingqing, Zh . Jun, H . Yanan, D .Zhiwei, L. Jianjun, Zh. Wujiao, D . Cuilin, K. (2014). Monitoring the land subsidence with persistent scatterer interferometry in Nansha District, Guangdong, China. Nat Hazards Vol.75,pp.2947–2964.
  • Mousavi, M., Shamsai, A., EI Negar, M.H. and Khamehchian, M. (2001). A GPS based monitoring program of land subsidence due to groundwater withdrawal in Iran. Can. J. Eng, Vol. 28, pp. 425-464.
  • Martinez, I., Hinkelmann, R., Savidis, S. 2013. Fast water infiltration: a mechanism for fracture formation during land subsidence. Hydrogeology Journal, 21: 761–771.
  • Phin-wej, N., Giao, P.H. and Nutalaya, P. (2006). Land subsidence in Bangkok, Thailand, Engineering Geology, Vol.82, pp.187-201.
  • Poland, J. F., (1981), The occurrence and control of land subsidence due to groundwater withdrawal with special reference to the San Joaquin and Santa Clara Valleys, California, PhD Dissetation, Stanford University, Palo Alto, California.
  • Ruilin, H. (2006). Urban land subsidence in China, Pro. of 10th IAEG Congress, Nottingham, UK, Paper number 786.
  • Shujun, Y. Yuqun, X. Jichun, W. Xuexin, Y. Jun, Y.(2015). Progression and mitigation of land subsidence in China. . J Hydrogeol.
  • Solaimani, K. and Mortazavi, S.M. (2008). Investigation of land subsidence and its consequences of large groundwater withdrawal in Rafsanjan, Iran, Pakistan Journal of Biological Sciences, Vol. 11, pp. 265-269.
  • Tomás,R., Herrera, G., Lopez-Sanchez, J.M., Vicente, F., Cuenca, A. Mallorquí,,J.J. 2010. Study of the land subsidence in Orihuela city (SE Spain) using PSI data: distribution, evolution and correlation with conditioning and trigger ing factors, Engineering Geology, 115, 105-121.
  • Waltham, A.C. 1989. Ground subsidence. Blackie & Son Limites.
  • Wong, G.Y, You. G, Shi. B, Yu. J, Tuck, M (2009). Long-term Land subsidence and strata compression in Changzhou, China, Engineering Geology, Vol. 104 (1-2), pp. 109-118.