پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

بررسی مخاطرات ناشی از فرونشست زمین و تأثیر آن بر محوطه‌های تاریخی با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی تفاضلی راداری، مطالعه موردی: دشت اردبیل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد گروه جغرافیای طبیعی (ژئومورفولوژی)، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی .
2 دانشجوی کارشناسی ارشد ژئومورفولوژی و مهندسی محیط، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی.
3 کارشناسی ارشد سنجش از دور – گرایش مطالعات آب و خاک، گروه سنجش از دور و GIS، دانشگاه تبریز .
10.22034/gmpj.2024.477322.1521
چکیده
این پژوهش ضمن بررسی نرخ تغییرات ناشی از فرونشست زمین در محدوده دشت اردبیل، به اثرات احتمالی تغییرات فرونشست زمین بر 5 محوطه‌ تاریخی اوزریک، قلعه‌بوینی، قطار تپه‌سی، تپراقلو و نیارچمنی واقع در دشت اردبیل می‌پردازد. در تحقیق حاضر جهت بدست آوردن سطح ایستابی آب زیرزمینی از داده‌های 22 چاه پیزومتری در سطح دشت اردبیل با استفاده از روش RBF و برای دست‌یابی به تغییرات فرونشست زمین از تصاویر SAR ماهواره Sentinel1-A به روش تداخ‌سنجی راداری استفاده شده است. بازه زمانی مورد استفاده در این پژوهش، یک بازه 7 ساله؛ از سال 1395 تا سال 1402 است. نتایج تحقیق نشان داد که سطح آب زیرزمینی در جنوب‌شرقی دشت اردبیل وضعیت خطرناکی دارند. به دلیل تمرکز بی رویه چاه‌ها در این منطقه و برداشت زیاد آب، باعث افت شدید سطح آب زیرزمینی شده است که تبعات بسیار بدی مانند خشک شدن سفره‌های آب‌ زیرزمینی و فرونشست شدید زمین در این منطقه را به دنبال داشته است. همپوشانی موقعیت محوطه های تاریخی با مناطق دارای فرونشست نشان می‌دهد که تپه تپراقلو مربوط به هزاره اول قبل از میلاد دارای فرونشست با نرخ 250 میلی‌متر است که در مقایسه با دیگر محوطه‌های تاریخی بیشترین مقدار را به خود اختصاص داده است. تپه اوزریک نیز که در شمال غربی شهر اردبیل قرار دارد با نرخ 69 میلی‌متر فرونشست زمین در رتبه دوم قرار دارد. سایر تپه‌ها نیز علارغم اینکه در شرایط موجود در محدوده فرونشست زمین قرار نگرفته‌اند ولی با توجه به روند پیشروی محدوده‌های تحت تاثیر فرونشست، در سال‌های آتی با توجه به مدیریت نامناسب آب‌های زیرزمینی، این محوطه‌های تاریخی نیز درگیر مسئله فرونشست زمین و تخریب بافت تاریخی خواهند شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the hazards caused by land subsidence and its effect on historical sites using differential radar interferometric technique, case study: Ardabil Plain

نویسندگان English

Mousa Abedini 1
Leyla Motekallem 2
Hooshang Seifi 3
1 professor in Geomorphology, University of Mohaghegh Ardabili
2 Master's student in Geomorphology and Environmental Engineering, Department of physical Geography (Geomorphology), Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili
3 MSc in Remote Sensing - Water and Soil Studies, Department of Remote Sensing and GIS, Faculty of Geography and Planning, Tabriz University
چکیده English

Introduction

The environmental consequences of land subsidence are destructive, costly and irreparable, and include creating cracks on the surface of the earth, damaging human structures such as building foundations, streets, bridges, roads, and power transmission lines. Sewage is destruction of irrigation systems and fertile agricultural soils and damage to ancient sites. Remote sensing methods, unlike mapping data and topographical maps, which are in physical contact with terrestrial phenomena, are without the slightest interference on terrestrial phenomena, and measuring and evaluating changes in phenomena are evaluated from a distance. Short receiving time and high spatial accuracy of radar images have made it used as a general and widely used tool to estimate land subsidence. According to the statistics announced in the country of Iran, the adverse effects caused by land subsidence are not a low number and are rapidly developing and spreading in different regions of the country. Leave irreparable damage. Ardabil plain, with its rich underground water resources and good soil, has always been of interest in the last half century and has been a suitable place for providing drinking water and agriculture. With the boom of agriculture from the 1960s onwards and as a result the excessive harvest from the aforementioned table since 1363, the aforementioned source began to decline and the continuation of this situation in the following years caused this plain to become more critical.



Materials and methods

In order to carry out this research, the data of 22 piezometric wells in the Ardabil plain have been used. The time period used in this research is a 7-year period from 1395 to 1402. The method used for the data of this section is the BRF method, as one of the methods of radial functions, which is used due to its low error value and high accuracy. SAR images of the European Space Agency's Sentinel 1 satellite in SLC format and with vv polarization have been used to find out the changes in land subsidence in the Ardabil plain. The images used by the Sentinel 1 satellite (in c-band with a wavelength of 5.6 cm) are in the group of sensors with medium resolution in terms of spatial resolution. The radar interferometry method provides the possibility of producing a digital model of the ground height, whose optimal height accuracy for c-band data with a wavelength of 5.6 cm is about 5 meters. This method is able to reveal surface changes in the ground in different intervals with millimeter accuracy by using at least 2 or more radar images. In this method, an artificial interferogram is produced with the help of digital elevation model of the earth and conversion of height into phase, and in this way, with the help of reverse DEM data, the phase effect caused by topography is calculated and removed from the phase difference values. The remaining phase difference belongs to the effect of surface displacement and atmosphere.

Results and discussion

The results of the investigation of piezometric wells in the area of Ardabil Plain show that the maximum drop in the underground water level is 48.77 meters in the southeast of Ardabil Plain and the lowest drop in the underground water level is 1.57 meters in the north. Eastern Ardabil plain was calculated. The amount of fluctuations in the water level of piezometric wells shows that the highest amount of fluctuations was in the area of Pirqavam wells, Arallovi Bozor and Khalil Abad lands. The lowest fluctuation was also observed in the area of Agchechai wells, Nojedeh. In the studied time period, the water level of Khalilabad piezometric well in 2015 was 2.96 meters, while in 1402, the water level in this area reached 46.3 meters. During 7 years, the water level has dropped by 43 meters, which indicates a critical situation in this sector. The lowest fluctuation of the water level is also for the Aghche-chai well. The land subsidence map of Ardabil plain shows that: the south-eastern parts of Ardabil city and also to some extent in the southern part have suffered ground subsidence due to the extraction of underground water. In the next order, the western parts of Ardabil city are prone to land subsidence. Based on this map, the maximum amount of ground subsidence has been calculated at around 598 mm in the area of Khalil Abad well. In the area of Khalil Abad well, the situation of underground water level drop is very critical and it has dropped by 43 meters during 7 years from 1395 to 1402. The overlapping results of the underground water level and co-depth curves with the results of radar interferometry show the accuracy of the findings in this section. Overlapping the location of the historical sites with the land subsidence map shows that, first of all, Tapraqlu hill (first millennium BC) is in the area of land subsidence with a rate of 250 mm.



Conclusion

The results of the application of this method revealed a very high level of land subsidence for the Ardabil plain (598 mm during a 7-year period). The southeastern areas of Ardabil plain have found a critical situation in recent years due to unprincipled exploitation and lack of proper management. Overlapping the location of the historical sites with the land subsidence map showed that Taparaglu hill with a rate of 250 mm and Ozrik Tepe-si with a rate of 69 mm are in the area of land subsidence, respectively. The three historic sites of Qala-Bovini, Niar Tepesi and Tezre Tepesi are also located in the area prone to land subsidence with rates of 27 mm, 46 mm and 49 mm, respectively. The cause of land subsidence in the Ardabil plain, according to the studies conducted on the changes in the underground water level, is the excessive exploitation of the underground water resources for the cultivation of agricultural products and providing the possibility of compaction of the underlying layers. In general, it can be said that the research results indicate the involvement of historical sites in the area of land subsidence

کلیدواژه‌ها English

land subsidence
radar interferometry
underground water
historical sites
Ardabil plain
امیراحمدی، الف.ق.، معالی اهری، ن.،  احمدی، ط.، 1392. تعیین مناطق فرونشست احتمالی دشت اردبیل با استفاده از GIS، نشریه علمی و پژوهشی جغرافیا و برنامه­ریزی، سال 17، شماره 46، صص 23-1.
الحسینی المدرسی، س.ع.، حاتمی، ج.، و سرکارگراردکانی، ع.، 1395. محاسبه خصوصیات فیزیکی برف با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی تفاضلی راداری و تصاویر سنجنده ترا سارایکس باند (TerraSAR-X) و مودیس (MODIS)، مجله سنجش‌از‌دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، سال هفتم، شماره 2، صص 75-59.
جانباز فوتمی، م.، خلقی، م.، عبده کلاهچی، ع.الف.، و روستایی.، م.الف.، 1399. بررسی فرونشست زمین ناشی از تغییرات سطح ایستابی آب زیرزمینی با استفاده از روش تداخل­سنجی تفاضلی راداری: مطالعه موردی استان قزوین، مجله تحقیقات منابع آب ایران، سال شانزدهم، شماره 3، صص 147-133.
رهنمون‌فر، م.، سراجیان، م.ر.، توکلی، الف.، و رحمتی‌، م.، 1384. استفاده از روش تداخل‌سنجی راداری در مطالعه زلزله بم و زلزله IZMIT در ترکیه، همایش ژئوماتیک 84، سازمان نقشه‌برداری.
سبحانی، ف.، 1378. بررسی آتشفشان سبلان با توجه خاص بر روند تشکیل منابع زمین گرمایی مشکین شهر- استان اردبیل، فصل نامه علوم زمین، سال هشتم، شماره 32.
شریفی کیا، م.، 1391. تعیین میزان و دامنه فرونشست زمین به کمک روش تداخل سنجی راداری (D-InSAR) در دشت نوق – بهرمان، مجله مدرس علوم انسانی- برنامه ریزی و آمایش فضا، شماره 3، صص 77-55.
شکوهی­نژاد، الف.، 1395. تعیین میدان جابجایی ناشی از زلزله با استفاده از تصاویر رادار (زلزله بم)، پایان­نامه برای دریافت درجۀ کارشناسی ارشد، استاد راهنما حمیدرضا نانکلی، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شاهرود، دانشکدۀ مهندسی عمران.
شفیعی، ن.، مختاری، ل.گ.، امیر احمدی، الف.ق، و زندی، ر.، 1399. بررسی فرونشست آبخوان دشت نورآباد با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمّی، دوره 8، شماره 4، صص 111-93.
شیرانی، ک.، پسندی، م.، و ابراهیمی، ب.، 1400. بررسی فرونشست زمین در دشت نجف­آباد اصفهان با استفاده از تکنیک تداخل­سنجی تفاضلی راداری، مجله علوم آب و خاک، جلد 25، شماره 1، صص 127–1.
عابدینی، م.، آقایاری، ل.، و پیروزی، الف.، 1402. ارزیابی و پهنه­بندی فرونشست شهرستان نمین با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری و تکنیک چندمعیاره آراس، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمی، سال دوازدهم، شماره 2، صص 58-40.
عابدینی، م.، آقایاری، ل.، و پیروزی، الف.، 1402. ارزیابی و پهنه­بندی فرونشست شهرستان نمین با استفاده از روش تداخل­سنجی راداری و تکنیک چند معیاره آراس، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمّی، سال شانزدهم، شماره 2، صص 58-40.
عابدینی،م،1395. مبانی فرونشست زمین، تالیف، انتشارات دانشگاه محقق اردبیلی، چاپ اول، 23. صفحه.
عابدینی، م.،نظری­گزیک، ز.، 1403. تجزیه و تحلیل میزان فرونشست زمین واثرات آن بر ژئو مورفوسایت‌ها‌ی گردشگری شهر توریستی شاندیز خراسان رضوی، پژوهش­های ژئومورفولوژی کمّی، دوره12، شماره4، صص 192-171.
کوه بنانی، ح.، یزدانی، م. ر، و حسینی، ک،. 1398. پهنه­بندی گسترة خطر فرونشست زمین با بهره­گیری از تداخل­سنجی راداری (مطالعه موردی: دشت کاشمر و خلیل­آباد)، مدیریت بیابان، دوره 7، شماره 13، صص 76-65.
گنجائیان، ح.، منبری، ف.، قاسمی، الف.، و نصرتی، م.، 1401. ارزیابی و تحلیل مخاطره فرونشست در دشت کبودرآهنگ-فامنین، مجله اطلاعات جغرافیایی سپهر، شماره 124، صص86-75.
منتظریون، م.، و اصلانی، ف.، 1398. ارزیابی خطر فرونشست با بکارگیری سیستم اطلاعات جغرافیایی در پهنه استان­های تهران و البرز، دانش پیشگیری و مدیریت بحران، دوره 9، شماره 1، صص 13-1.
Azad Torabi, M.. Siah sarani, A., & Eftekhary, R., 2010. A comprehensive training geostatistical analysis software Arc Gis, Geographical Organization of the Armed Forces. Tehran.
Alberti, S., Ferretti, A., Leoni, G., Margottini, C., & Spizzichino, D., 2017. Surface deformation data in the archaeological site of Petra from medium-resolution satellite radar images and SqueeSARTM algorithm, Journal of Cultural Heritage. 1-11.
Crosetto, M., Gili, J.A., Monserrat, O., Cuevas-González, M., Corominas, J., & Serral, D,. 2013. Interferometric SAR monitoring of the Vallcebre landslide (Spain) using corner reflectors, Natural Hazards and Earth System Sciences, Vol. 13, No 4, 923-933.
Chen, B., Gong, H.,  Chen, Y., Li, X., Zhou, CH., Lei, K., Zhu, L., Duan, L., & Zhao, X., 2020. Land subsidence and its relation with groundwater aquifers in Beijing Plain of China, Science of the Total Environment, Volume 735, 139111.
Deroin, J.P., KHeir, R.B., & Abdallah, C., 2017. Geoarchaeological remote sensing survey for cultural heritage management. Case study from Byblos (Jbail, Lebanon), Journal of Cultural Heritage. 23, 37–43.
Gabriel, A.K; Goldstein, R.M, Zebker, H.A., 1989. Mapping small elevation changes over large areas: Differential radar interferometry, Journal of Geophysical Research, 94:9183-9191.
Goorabi, A., Karimi, M., Yamani, M., & Perissin, D., 2020. Land subsidence in Isfahan metropolitan and its relationship with geological and geomorphological settings revealed by Sentinel-1A InSAR observations, Journal of Arid Environments,181.
Hussain, M.A., Chen, Z., Shoaib, M., Ullah Shah, S,. Khan, J., & Ying, Z., 2022. Sentinel-1A for monitoring land subsidence of coastal city of Pakistan using Persistent Scatterers In-SAR technique.,Sci Rep, 12, 5294.
Lerma, J.L., Navarro, S., Cabrelles, M., & Villaverde, V., 2010. Terrestrial laser scanning and close range photogrammetry for 3D archaeological documentation: the Upper Palaeolithic Cave of Parpalló as a case study. J. Archaeol. Sci. 37, 499-507.
Liu, P., Li, Z., Hoeya, T., Kincal, C., Zhang, J., Zeng, Q., & Muller, J.P, 2013. Using advanced InSAR time series techniques to monitor landslide movements in Badong of the three Gordes Region, China, International Journal of Applied Earth Obseservation and Geoinformation, 21, 253-264.
Premelatha, M., 2001. Quality assessment of interferomefrically derived digital elevation models, Ph.D Thesis, University of Nottingham, Nottingham.
Tang, P., Chen, F., Zhu, X., & Zhou, W., 2016. Monitoring Cultural Heritage Sites with Advanced Multi-Temporal InSAR Technique: The Case Study of the Summer Palace, JOURNAL OF Remote Sens. 8(5), 432.
Tapete, D., & Cigna, F., 2016. Trends and perspectives of space-borne SAR remote sensing for archaeological landscape and cultural heritage applications, Journal of Archaeological Science: Reports. 14,  716-726.