پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

شناسایی گستره پیدایش فروچاله‌ها به روش مدل سازی رابطه ای در اَلَموت، شمال استان قزوین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار بازنشسته پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری.
2 دانشیار گروه زمین شناسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین.
3 غارنورد و عضو انجمن غارنوردی استان قزوین.
10.22034/gmpj.2024.442778.1485
چکیده
شناسایی فروچاله ها از دید زمینریخت شناسی و آبشناسی دارای اهمیت بسزایی است. فضاهای زیرزمینی و مناطق امید به وجود منابع آب کارستی کم‌ژرفا، گستره هایی هستند که در آنها احتمال فروریزش مواد پوشاننده‌ی سازندهای انحلال‌پذیر و پیدایش فروچاله وجود دارد. جستجوها بر پایه نقشه مناطق امید به وجود منابع آب کارستی کم‌ژرفا، برای شکل‌گیری فروچاله ها انجام گرفت و با دخالت دادن نقش عوامل تاثیر‌گذار، مانند دما، بارش و تمرکز جریان سطحی آب و فشردگی ‌خطواره‌های زمین‌شناسی، مناطق دارای توان پیدایش فروچاله‌ها بر فراز مناطق امید، شناسایی شدند. برای انجام این پژوهش از لایه‌های اطلاعاتی مناطق امید به وجود منابع آب کارستی کم‌ژرفا، نقشه گسل ها و خطواره‌های زمین شناسی، نقشه‌های پهنه‌های اقلیمی و همدمای تهیه شده توسط اداره کل هواشناسی استان، تصاویر لندست سنجنده ETM+ و نقشه تمرکز جریان سطحی آب بهره گیری شد. در این پژوهش، از روش تلفیق لایه‌های اطلاعاتی با بهره‌گیری از معیارهای تصمیم‌گیری، استفاده شد. برای این کار، لایه‌های پهنه‌های اقلیمی و پهنه‌های هم‌دما و لایه‌های فشردگی خطواره‌ها و تمرکز جریان، دو به دو و نتایج به دست آمده باهم قطع داده شدند. به هریک از حالتهای پیش آمده ناشی از قطع لایه‌های اطلاعاتی، در قالب جداول دو بعدی، متناسب با ماهیت و اثرگذاری هریک از اجزای آنها بر انحلال سنگهای کربناته، وزن متناسب اختصاص داده شد. انطباق نسبی مناطق دارای توان پیدایش فروچاله‌ها با برداشت‌های میدانی و نقشه فروچاله‌های محاسبه شده از طریق مدل رقومی ارتفاع، درستی یافته ها را ثابت نمود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Identifying the range of occurrence of sinkholes by relational modeling method in Alamut, north of Qazvin province

نویسندگان English

Nader Jalali 1
Parviz Armani 2
Mohammad Taromi 3
1 Tehran, soil conservation and watershed management research institute
2 geology department, Imam Khomeini international university
3 Caveman and member of Caving Association of the Qazvin province
چکیده English

Introduction

Sinkholes are depressions in the ground which have no natural external surface drainage. They may be occurred in karstic landforms through dissolution process with accompanying of other karstic features (Parise, 2019). Jafari and Mohammadi (2018), stated that understanding geographical condion and causative factors and related processes are vital in sinkhole hazard zonation in Kabudrahang and Famenin plain. North of Alamut at border of Gilan and Mazandaran provinces is one of the areas that dominantly sinkholes have been taken place. More than 200 dissolution based sinkhole have been observed and mapped in this area (Armani and Taromi, 2022). In this study an attempt was made to map sinkholes in this area by understanding environmental condition, role of causative factors, data integration and modeling in a GIS.





Methodology

The study field is located in North of Razmian, bordrs of Qazvin, Gilan and Mazandaran provinces. The study area is limited to latitudes between 36° 35΄ and 36° 42΄ North, and longitudes between 50° 15΄ and 50° 30΄ East. First, the required geographic data, such as a map indicating areas of hope to have access to shallow karst water, climate zones, mean temperature classes map, surface flow concentration, geology map including lithology and geological lineaments density maps at scale 1:100000 were prepared. Since areas of hope to have access to shallow karst water are potentially vulnerable to collapse of overburden materials over such areas, therefore this spatial data was used as a basis for detail investigation and identification of sinkholes. For doing this, the data layers were integrated by using of decision making critera.

Then, cross operation was applied to the data layers called climate zones and zones with same mean temperature. The same operation also was applied to data layers named lineaments density and flow accumulation classes. These operaton led to have two maps and attribute tables. By overlaying the two output maps, a new map having information on possible combinations of all causative factors was produced. At the next step, proper weights (1 to 5) were given to the possible combination forms, based on characteristics and role of causative factors in dissolving carbonate rocks and creation of sinkholes, by using two dimentional tables in a GIS. The map representing potentials for sinkhole occurrence was created by classifying the final weight map. Consequently the generated map representing potentials for occurrence of sinkholes or susceptible areas for sinkhole occurrence was refined and precceised via considering information of areas of hope to have access shallow karst water resources. Accuracy of results then were assessed by cheking spatial overlaps and coincidence of geographic locations of more than 240 observed sinkholes and sinkhole vulnerability map and sink map generated through proccessing of digital elevaton model (DEM). Since results of model for mapping areas of hope to have access to shallow karst water is underestimated due to sensivity to vegetation cover, so a buffer around ground truths are used for accuracy assessment.



Results and Discussion



There are many sinkholes in the study area. More than 240 of them have been studied during a intensive field work. Most of sinkholes in Northwest of Alamut are Karrens and caves in type and variety, which have been formed through solution processes in bedrocks. About 28 sinkholes have been reported by Soldo et al., 2020, in Feiz_Abad plain, Abarkuh, that are taken place by means of the same processe. Although solution process in soluble materials like carbonate rocks is a main factor for generating such geomorphological features at highlands, but lowering groundwater level in plains plays a main role for land subsidene and also collapsing Earth materials ending to sinkholes. There are some methods like radar interferometery and direct field measurments that have been developed for recognition and characterizing occurred land subsidence and sinkholes, while there is no well known method for identifying and mappig points that are potentially vulnerable to sinkhole incidence. The method which has been developed for mapping areas of hope to have access to shallow karst water, in Azarshahr, by Jalali et, al 2009 and the same method applied by Armani et al., 2022, to North of Qazwin province, might be the most proper method and basis for seeking areas potentially vulnerable to sinkhole hazard. Therefore the areas of hope to have access to shallow kaerst water, provided by Armani et al., for this study area, were searched for allocating areas that are vulnerable for sinkhole occurrences, by applying above_mentioned methodology. as a result of application of this method, spatial distribution of potentials areas that are vulnerable to sinkhole occurrence were identified.

The model used by Jalali et al., (2009) al. and Armani and Jalali, (2022) for mapping areas of hope to have access to shallow karst water excludes dense vegetation covers, so the final result becomes underestimated. Since the study area relatively have good vegetation cover, therefore the area and number of identified sinkholes were identified less than they are. In the other words if vegetation cover was not a limiting factor in the model, high regression would be expected between observed sinkholes and output of the model. Anyhow more than 66% of susceptible areas to sinkhole occurrence are coincide with areas less than 200 meter DEM-derived sinks buffers and about 40% of those susceptible areas are fallen in buffers less than 200 meter to observed sinkholes.



Conclusion

Preparing sinkhole hazard map by making use of remotely snsensed data and relational modeling in Alamut area is bearable and cost effective from time and cost points of vies. Therefore one may provide sinkhole hazard and their spatial distribution maps by indirect mapping procedure. Since sinkhole are generally being formed in soluble materials, like carbonate rocks, so some susceptible parts of this rocks that have been marked as areas of hope to have access to shallow karst water, could be selected as a reliable bassis for further spatial data achievement about sinkholes and their characteristics.

کلیدواژه‌ها English

sinkhole
karst
modelling
remote sensing
Alamut
آذربون،پ.، مینائی، م.، مینائی، ف.، صفری، ف.، نوری، م.، نورینی،ج.، و داودی، م.، 1401 تشخیص خودکار فروچاله های کارستی با استفاده از داده های TanDEM-X، سنجش از دور شی‌گرا و داده کاوی (مطالعه موردی توده پراو-بیستون). پژوهشهای ژئومورفولوژی کمی، دوره 11، شماره 1، ص 82-95.
آرمانی، پ.، و جلالی، ن.، 1401 شناسایی مناطق امید به وجود منابع آب کارستی کم ژرفا در استان قزوین با بهره گیری از تصاویر فروسرخ گرمایی. مجله زمین شناسی کاربردی پیشرفته، 12 (4): 787-808. DOI: 10.22055/AAG.2021.36990.2214
آرمانی، پ.،، طارمی، م.، مه­پیما، آ.، و فلاحتکار، ن.، 1400 ویژگی­های فروچاله­های شمال خاوری ویار، اَلَموت. سیزدهمین همایش ملی زمین شناسی دانشگاه پیام نور، 23 و 24 تیر ماه، 1400، کرج، ایران، ص 240-245.
اسفندیاری درآباد، ف.، شکر بهجتی، س.، رستمی، ع.، 1400 شناسایی و بررسی خصوصیات مورفومتریک و خاک دولین‌ها در شمال ایران (مطالعه موردی: منطقه گرازبن از جنگل آزمایشی خیرود کنار، نوشهر مازندران). پژوهشهای ژئومورفولوژی کمی، دوره 10، شماره 1، ص 1-19.
امیری، م.، و نظری پویا، ه. و مظاهری، ح.، ۱۳۸۳ علل و مکانیسم وقوع فروچاله ها در دشت فامنین- کبودر آهنگ. تحقیقات جغرافیایی, ۱۹(۲ (پیاپی ۷۳)), ص 172-186. https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=14981
جعفری غ.ح.، و محمدی، ه.، ۱۳۹۸ پهنه‌بندی خطر فروچاله ها با استفاده از روش وزن شواهد، مطالعه موردی: دشت کبودر آهنگ-فامنین. نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، سال ششم، شماره ۳، پاییز ۱۳۹۸، ص ۷۱- ۸۸
جلالی، ن.،  و کاظمی، ر.، ۱۳۹۸ شناسایی فضاهای زیرسطحی در منطقه شیرامین آذرشهر با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای فروسرخ گرمایی، فصلنامه زمین شناسی کاربردی پیشرفته، دوره 10، شماره 3، ص 370-381. DOI:10.22055/AAG.2019.28880.1955
حیدری، ز.، قدیمی، م.، رضایی عارف، م.، حیدری، ز.، 1399 شناخت عوامل مؤثر بر پراکندگی و وقوع فروچاله ها با استفاده از شاخص های کمی مورفومتریک مطالعه موردی (دشت کرمانشاه). پژوهشهای ژئومورفولوژی کمی، دوره 9، شماره 2، ص 215-226.
صفاری ا.، کیانی ط.، و زنگنه تبار س.، ۱۳۹۸، بررسی عوامل موثر در توسعه یافتگی و پهنه بندی کارست کوهستان خورین با استفاده از منطق فازی، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال نوزدهم، شماره  ۵۵، ص ۱۶-۶۳
قربانی م. ص.،  محمودی ف.، یمانی م.، و مقیمی ا.، 1389  نقش تغییرات اقلیمی کواترنر در تحول ژئومورفولوژیکی فروچاله‌های کارستی، (مطالعه موردی: ناهمواری شاهو، غرب ایران)، پژوهشهای جغرافیای طبیعی، شماره ۷۴، ص ۱۶-۱.
محمودی ف., و ملکی ا.، 1380 تحول کارست و نقش آن در منابع آب زیرزمینی در ناهمواریهای بیستون - پرآو (کرمانشاه)، مجله پژوهش­های جغرافیایی، دوره  ۳۳، شماره  ۴۰ ،  ص ۹۳- ۱۰۵
مقیمی، ه.، ۱۳۹۱ هیدرولوژی کارست، انتشارات دانشگاه پیام نور.
Augusto, S., Auler, P., Smart, L., 2003, The influence of bedrock-derived acidity in the development of surface and underground karst: evidence from the Precambrian carbonates of semi-arid northeastern Brazil,  https://doi.org/10.1002/esp.443, Willy online library.
Galve, J.P.F., Gutiérrez, P., Lucha, J., Guerrero, J., Bonachea, J., Remondo Cendrero, A., 2008. Probabilistic sinkhole modeling for hazard assessment. John Wiley & Sons, Ltd, (www.interscience.wiley.com) doi: 10.1002/esp.1753.
Jalali, N., Saghafian, B., Imanov, F., Museyyibov, M., 2009 Recognition of shallow karst water resources and cave potentials using thermal infrared image and terrain characteristics in semi-arid regions of Iran, Int. J. Applied. Earth Observation and Geo-information,volume 11,issue 6, pages 439-447
Nam BH, Kim YJ, Youn H, 2020 Identification and quantitative analysis of sinkhole contributing factors in Florida's Karst. Engineering Geology, https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2020.105610
Parise, M., 2019, Earth surface processes and landforms. in Encyclopedia of Caves (Third Edition), 437–452, John Wiley & Sons, Ltd.
Soldo, B., Mahmoudi Sivand, S., Afrasiabian A. Đurin B (2020) Effect of Sinkholes on Groundwater Resources in Arid and Semi-Arid Karst Area in Abarkooh, Iran. Environments, https://doi.org/10.3390/environments7040026
Waltham AC, Fookes PG, 2003 Engineering classification of karst ground conditions. Q. J. Eng. Geol. Hydrogeol. 36, 101–118. https://doi.org/10.1144/1470-9236/ 2002-33.