تعیین میزان فرونشست زمین در محدوده مخروط افکنه جاجرود با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی تفاضلی راداری

نوع مقاله : مقاله کامل

نویسندگان

1 استادیار ژئومورفولوژی، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

2 کارشناس ارشد مخاطرات محیطی، گروه جغرافیا، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

3 استادیار گروه جغرافیا، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

4 دانشیار گروه زمین شناسی، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

چکیده

دشت ورامین یکی از مناطق متأثر از فرونشست در ایران است که در مخروط افکنه رودخانه جاجرود قرار دارد. این پژوهش به بررسی فرونشست مخروط افکنه جاجرود با تأکید بر جوادآباد ورامین از سال 1395 تا 1398 با استفاده از روش تداخل سنجی تفاضلی راداری می‌پردازد. در این مطالعه، 41 تصویر از سنتینل (2016-2019) برای تعیین میزان و دامنه فرونشست زمین با استفاده از روش پراکنده‌کننده‌های دائمی استفاده شد. نرم‌افزار SNAP برای پردازش تداخل سنجی راداری انتخاب شد. . ه‌منظور یافتن علت فرونشست، اطلاعات چاه‌های پیزومتریک (1395-1375) منطقه موردمطالعه و تغییرات زمانی آن بررسی شد. منطقه جوادآباد واقع در ورامین یکی از مناطق دارای فرونشست قابل‌توجه که فرونشست به میزان 20 سانتی‌متر در سال رخ می‌دهد. یکی از عوامل اصلی فرونشست زمین در منطقه جوادآباد به دلیل افزایش عمق چاه‌های پیزومتریک در دوره موردمطالعه را می‌توان به پمپاژ بالای منابع آب زیرزمینی نسبت داد .وو وقوعونشست زمین باعث تغییر درشیب سطح محلی شده و این امر باعث اختلال در شبکه زهکشی و مسیر جریان آب‌های سطحی شده است که درنهایت منجر به بروز انواع فرسایش شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determining the Amount of Land Subsidence in Jajrood Alluvial Fan Using Differential Radar Interferometry Technique

نویسندگان [English]

  • somayeh emadodin 1
  • Vida Shahi 2
  • Saleh Arekhi 3
  • Maryam Agh Atabay 4
1 Assistant Professor of Geomorphology, Geography Department, Golestan University, Gorgan, Iran
2 M.A. in Environmental Hazards, Department of Geography, Golestan University, Gorgan, Iran
3 Assistant Professor of Geography Department, Golestan University, Gorgan, Iran
4 Associate Professor of Geology Department, Golestan University, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Extended Abstract
Introduction
The phenomenon of land subsidence involves the collapse or sinking of the earth's surface, which can also have a slight horizontal displacement vector. This movement is not limited in terms of intensity, extent, and measure of the involved areas. Subsidence in cities leads to costly and serious damage to urban infrastructures such as buildings, roads, and railway tracks. Land subsidence can occur for various reasons: groundwater abstraction, subsidence due to oil extraction in oil fields, displacement due to landslides, and collapse of internal walls of mines.
Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) is a powerful technique for measuring the topography of a surface and its changes over time. Varamin plain is one of the areas affected by subsidence in Iran, which is located in the alluvial fan of Jajrood river, and its development and prosperity is due to the quality and fertility of the soil in this region. Irregular and over pumping groundwater has caused many subsidence cases in the study area. This study investigates the subsidence of Jajrood alluvial fans with emphasis on Javadabad Varamin from 2016 to 2019, using the permanent scatter radar interferometry method.
 
Materials and Methods
In this study, 41 images of Sentinel (2016-2019) were used to determine the rate and amplitude of land subsidence using the method of permanent dispersants. Permanent scattering points (PS) were selected based on the domain scattering index.
According to the threshold limit, the amplitude scattering index is usually considered to be 0.4 or 0.42 in various studies, which means that all selected points are not located in the set of PS points, and only those points to be selected that the amplitude scattering index value is exceeding the threshold. Then, a points network (PS) was prepared at this stage to evaluate the processing performed. The prepared spatial network in this section is derived from the Delaunay model. Since the amount of displacement is relative in this method, one of the points in the area is selected where the amount of displacement is relatively zero compared to other points, and other PS points are applied to it. Because of seasonal temperature changes and their effect on buildings that cause elevation changes (the effect of temperature on the structure of buildings), the selected point must be located on the ground. SNAP software was selected for radar interferometry processing. In order to find the cause of subsidence, the information of piezo metric wells (1996-2016) in the study area and their temporal changes were investigated.
 
Results and discussion
research findings:
یافته های پژوهش:
The findings:
یافته ها:
Can't load full results
Try again
Retrying...
Retrying...
Can't load full results
Try again
Retrying...
Retrying...
In general, land subsidence has occurred in two significant areas. The northern region is located in the Jajrood alluvial fan. The length of this zone is 44 km, and its width is 7 km, which covers an area of more than 300 square kilometers.
The highest subsidence in this area is related to the Golabbas area, which is about 120 mm per year. The presence of Jajrood alluvial fan and agricultural lands in this area is considerable.
The second region is related to the southern zone. The northern part of this zone is bounded by the city of Pishva, Qala-e-Sin, and the east of Varamin city. In these areas, the annual subsidence rate reaches to maximum six cm. The southern part of this zone is surrounded by Hesargol and Jahanabad areas.
In these areas, the land subsidence rate is lower compared to the central areas and is about 20 to 40 millimeters per year. In the northern part of the Jahanabad region, the maximum land subsidence is 60 mm per year. The southern zone in which the study area is located has a circular shape, and the amount of land subsidence increases from the periphery to the center of the region. The highest rate of land subsidence in the study area occurred in Salman-Abad, Khaveh, Javadabad, Hesar-e-Sorkh, and Zavarehvar areas, with the amount of between 160 to 200 mm per year. Areas such as Tajreh, Rostamabad, and Hesar Kouchak also show significant land subsidence, about 120 to 160 mm per year.
 
Conclusion
Conclusion
نتیجه
the conclusion
نتیجه گیری
Can't load full results
Try again
Retrying...
Retrying...
Can't load full results
Try again
Retrying...
Retrying...
The result of radar interferometry studies has demonstrated that subsidence has occurred in the main parts of the Jajrood alluvial fan's surface. Javadabad region, which is located in Varamin is one of the areas with significant subsidence that subsidence occurs at rate of 20 cm per year Studies conducted in the study area depicted that the decreases in groundwater level in the study area is linear and this is acceptable in justifying land subsidence. So that the patterns obtained using the radar interferometry method in order to find the pattern of land subsidence and groundwater were consistent and somewhat uniform. In this regard, one of the main causes of land subsidence in the region in Javadabad due to the increasing depth of piezo metric wells in the study period can be attributed to the high pumping of groundwater resources.
According to the physiographic shape of the region and the pattern of land subsidence, the highest rate of land subsidence was observed in areas consisting of low slopes, including Javadabad and Varamin. In terms of risk, population, roads and buildings, railroads are involved in the phenomenon of land subsidence in this region. The railroads of Tehran, Mashhad, Garmsar and Qom are the connecting roads in this region.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Interferometric Synthetic Aperture Radar
  • Subsidence
  • Varamin
  • Jajrood Alluvial Fan

مراجع

  1. احمدی، س. و سودمند افشار، ر (1399). پایش فرونشست دشت‌های قروه و چهاردولی استان‌های همدان و کردستان با استفاده از فن پراکنش گرهای دائمی. مجله محیط‌زیست و مهندسی آب، 6 (3)، 233-219.
  2. بابایی، س.؛ موسوی، ز. و روستایی، م. (1395). آنالیز سری زمانی تصاویر راداری با استفاده از روش‌های طول خط مبنای کوتاه (SBAS) و پراکنش کننده‌های دائمی (PS) در تعیین نرخ فرونشست دشت قزوین. نشریه علوم و فنون نقشه‌برداری، 5 (4)، 111-95.
  3. حیدریان، م.ح.؛ کابلی، ع. ر. و فاتح دیزجی، ع. (1391). اثرات محیطی برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی در دشت ورامین، شانزدهمین همایش انجمن زمین‌شناسی ایران.
  4. زهتابیان، غ.ر.؛ رفیعی امام، ع.، علوی پناه، س.ک. و جعفری، م. (1383). بررسی آب زیرزمینی دشت ورامین جهت استفاده از آبیاری اراضی کشاورزی، پژوهش‌های جغرافیایی، 36 (48)، 102-91.
  5. سازمان جغرافیایی نیروهای مسلح. (1370). فرهنگ جغرافیایی آبادی‌های کشور.
  6. شریفی‌کیا، م. (1391). تعیین میزان و دامنه فرونشست زمین به کمک روش تداخل‌سنجی راداری (D-InSAR) در دشت نوق بهرمان. برنامه‌ریزی و آمایش فضا (مدرس علوم انسانی16 (3)، 77-55.
  7. شمشکی، ا. و انتظام سلطانی، ا. (1384). سازوکار و علل تشکیل شکاف‌های زمین در منطقه معین‌آباد – ورامین، چهارمین کنفرانس زمین‌شناسی مهندسی و محیط‌زیست ایران، تهران.
  8. عفیفی، م.ا. (1395). ارزیابی پتانسیل فرونشست زمین و عوامل موثر بر آن (مطالعه موردی: دشت سیدان فاروق مرودشت) مجله پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمی، 19 (3)، 132-121.
  9. مرادی، آ.؛ عمادالدین، س.؛ آرخی، ص. و رضائی، خ. (1399). تحلیل فرونشست زمین با استفاده از تکنیک تداخل‌سنجی راداری، اطلاعات چاه‌های ژئوتکنیکی و پیزومتری (مطالعه موردی: منطقه شهری 18 تهران). تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 7 (1)، 176-153.
  10. محمدخان، ش.، گنجائیان، ح.، گروسی، ل. و زنگنه تبار، ز. (1398). ارزیابی تأثیر افت آب‌های زیرزمینی بر میزان فرونشست با استفاده از تصاویر راداری سنتینل-1 محدوده موردمطالعه: دشت قروه. نشریه اطلاعات جغرافیایی، 28(112)، 229-219.
  11. محمدی، م.؛ پورقاسمی، ح.ر. و امیری، م (1400). ارزیابی حساسیت‌پذیری فرونشست زمین در دشت سمنان با استفاده از مدل آنتروپی، پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز، 12(23)، 85-75.
  12. معتق، م.؛ داودی جم، م.؛ مؤمنی، م. و هاشمی، م. (1391). کشف و نمایش فرونشست دشت مهیار اصفهان به کمک تداخل سنجی راداری. نشریه مهندسی نقشه‌برداری و اطلاعات مکانی، 3 (2)، 57-47.
  13. مقصودی، ی.؛ امانی ر. و احمدی، ح. (1398). بررسی رفتار فرونشست زمین در منطقه غرب تهران با استفاده از تصاویر سنجنده سنتینل-1 و تکنیک تداخل‌سنجی راداری مبتنی بر پراکنش‌گرهای دائمی. تحقیقات منابع آب ایران، 15 (1)، 313-299.
  14. Ahmadi, S., & Soudmand Afshar, R. (2020). Monitoring of Land Subsidence in Qorveh and Chahardoli Plains of Hamadan and Kurdistan Provinces using PS-InSAR Technique. Journal of Environment and Water Engineering, 6(3), 219-233. [In Persian].
  15. Afifi, M.A., (2016). Assess the potential of land subsidence and its related factors (Case study: Plain Saidan Farouk Marvdasht. Quantitative Geomorphological Research, 19(3), 121-132. [In Persian].
  16. Babaee, S.S., Mouavi, Z., & Roostaei, M., (2016). Time Series Analysis of SAR I mages Using Small Baseline Subset(SBAS) and Persistent Scatterer(PS) Approaches to Determining Subsidence Rate of Qazvin Plain. Journal of Geomatics Science and Technology, 5(4),113-125. [In Persian].
  17. Burgmann, , Rosen, P.A., Fielding, E.J., 2000. Synthetic aperture radar interferometry to measure earths surface topography and its deformation. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 28, 169-209.
  18. 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, 13(4), 923-933.
  19. Ferretti, C., Prati; C., & Rocca, F., (2000). Nonlinear subsidence rate estimation using permanent scatterers in differential SAR interferometry. IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, 38, 2202-2212.
  20. 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, 1-17. [In Persian].
  21. Haghshenas Haghighi, M., & Motagh, M., (2019). Ground surface response to continuous compaction of aquifer system in Tehran, Iran: Results from a long-term multi-sensor InSAR analysis. Remote Sensing of Environment, 221, 534-550. [In Persian].
  22. Heydarian, M.H., Kabuli, A.R., & Fateh-Dizaji, A., (2012). Environmental effects of extraction from groundwater resources in Varamin plain, 16th Conference of Iranian Geological Society. [In Persian].
  23. Hooper, A.J., (2006). Persistent scatter radar interferometry for crustal deformation studies and modeling of volcanic deformation, PhD Thesis, 144p. [In Persian].
  24. hooper, A., Segall, P., & Zebker, H., (2007). Persistent scatterer interferometric synthetic aperture radar for crustal deformation analysis, with application to Volcan Alcedo, Galapagos. Journal of Geophysical Research,112, 1-21.
  25. Jeanne, P., Faar, T. G., Rutqvist, J., & Vasco, D. W, (2019). Role of agricultural activity on land subsidence in the Jouquin Valley, California. Journal of Hydrology, 569, 462 -469.
  26. Linlin G., Alex Hay-Man, Ng., Xiaojing, L., Hasanuddin, Z.A., & Irwan,G., (2014). Land subsidence characteristics of Bandung Basin as revealed by ENVISAT ASAR and ALOS PALSAR interferometry Remote Sensing of Environment, 154, 46-60.
  27. Leyin, H., Keren, D., Chengqi, X., Zhenhong, L., Roberto, T., Beth, C., Xianlin, SH., Mi, CH., Rui, Z., Qiang, Q., & Yajun, L., (2019). Land subsidence in beijing and its relationship with geological faults revealed by sentinel - 1 InSAR observation, Internation Jounal of Applied Earth observation and Geoinformation, 82, 1-10.
  28. Maghsoudi, Y., Amani, R., & Ahmadi, H., (2019). A Study of land Subsidence in West of Tehran Using Sentinel-1 Images and Permanent Scatterers Interferometry. Iran-Water Resources Research, 15(1), 299-313. [In Persian].
  29. Mohammahkhan, Sh., Ganjaeian, H., Garosi, L., & Zanganetabar, Z., (2020). Assessing the impact of groundwater drop on the subsidence rate using the Sentinel-1 Radar images - Case study: Qorveh Plain. Scientific- Research Quarterly of Geographical Data(SEPEHR), 28(112), 219-229. [In Persian].
  30. Mohebbi Tafreshi, Gh., Nakhaei, M., & Lak, R., (2019). Land subsidence risk assessment using GIS fuzzy logic spatial modeling in Varamin aquifer, Iran. GeoJournal, 8,  1203–1223. [In Persian].
  31. Moradi, A., emadodin, S., Arekhi, S., rezaei, K., (2020).‌ Earth subsidence analysis using radar interferometry technique, geotechnical and piezometric wells (case study: Urban region 18 Tehran). Journal of Spatial Analysis Environmental Hazards, Vol.7, No.1, pp.153-176. [In Persian].
  32. National Geography Organization of Iran,1991, Geographical culture of the country's villages.
  33. Nejatijahromi, Z., Nassery, H. R., Hosono, T., Nakhaei, M., Alijani, F., & Okumura, A., (2019). Groundwater nitrate contamination in an area using urban wastewaters for agricultural irrigation under arid climate condition, southeast of Tehran, Iran. Agricultural Water Management, 221, 397–414. [In Persian].
  34. Roohi, M., Faeli, M., Irani, M., & Shamsaei, E., (2021). Calculation of land subsidence and changes in soil moisture and salinity using remote sensing techniques. Environmental Earth Sciences, 80, 4-23.
  35. Shafiei, N., Golimokhtari, L., Amir Ahmadi, A., Zandi, R., (2020). Investigation of subsidence of Noorabad plain aquifer using radar interferometry method. Quantitative Geomorphological Research, 8(4), 93-111. [In Persian].
  36. Sharifikia, M., (2012). Determining the extent and amplitude of land subsidence using radar interferometry (D-InSAR) method in Nogh Bahrman plain. Journal of Spatial Planning, 16(3), 55-77. [In Persian].
  37. Yastika P. E., Shimizu N. & Abidin H. Z., (2019). Monitoring of long-term land subsidence from 2003 to 2017 in coastal area of Semarang, Indonesia by SBAS DInSAR analyses using Envisat-ASAR, ALOS-PALSAR, and Sentinel-1A SAR data. Advances in Space Research, 63(5), 1719–1736.
  38. Zehtabian, GH., Rafii, I.A., Alavi Panah, S.K., & Jafari, M., (2004). Investigation of groundwater in Varamin plain for irrigation of agricultural lands. Geographical research, 36(48), 91-102. [In Persian].
پژوهش های جغرافیای طبیعی
دوره 54، شماره 2
این شماره با همکاری و مشارکت «انجمن ایرانی ژئومورفولوژی» منتشر شده است، بدینوسیله از مشارکت این انجمن در «داوری مقالات» ، «معرفی داوران» و «دبیران تخصصی » و «شرکت در جلسات و نشست های مرتبط» تشکر می گردد.
مرداد 1401
صفحه 169-183

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 05 فروردین 1401
  • تاریخ بازنگری: 03 خرداد 1401
  • تاریخ پذیرش: 05 اردیبهشت 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار