نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی
نویسندگان
1 هیات علمی دانشگاه محقق اردبیلی
2 جغرافیای طبیعی ، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
3 گروه جغرافیایی طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
چکیده
جابه‌جایی زمین یکی از بارزترین آثار نامحسوس مخاطره‌ی طبیعی زلزله شناخته می‌شود. در مطالعه حاضر از تکنیک تداخل سنجی راداری (SBAS) با استفاده از تصاویر سنتیل 1 (2018 الی 2021) جهت برآورد جابجائی و از تصویر لندست 8 سال 2018 جهت استخراج طبقات کاربری اراضی در قسمتی از شهرستان سراب استفاده شده است. همچنین داده‌های اخذ شده از سازمان آب منطقه‌ای جهت بررسی وضعیت آبهای زیرزمینی در ارتباط با فرونشست ناشی از جابجایی استفاده شده است. طبق یافته‌ها و بررسی نقشه کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه، فرونشست در نقاط مختلف قابل مشاهده است و در اطراف مناطق کشاورزی و مراتع به 9 سانتی‌متر در سال نیز می‌رسد. همچنین در بعضی نقاط میزان بالاآمدگی تا 12 سانتی متر برآورد شده است. بررسی وضعیت سفره‌ها نشان دهنده‌ی افت سطح آبهای زیرزمینی در اکثر ایستگاه‌ها بخصوص افت ناگهانی از ابتدای سال 98 می‌باشد. با توجه به اینکه رابطه‌ی مستقیم برداشت از آبهای زیرزمینی و پدیده‌ی فرونشست کاملا اثبات شده است؛ ولی بعد از زلزله 5.9 ریشتری آبان 1398 تغییرات ناگهانی در وضعیت فرونشست منطقه رخ داده است. بنابراین بنظر می‌رسد جابجایی منطقه، بیشتر تحت تاثیر زلزله باشد.
تازه های تحقیق
شکل 8 نقشه جابه‌جایی و شکل 9 نمودارهای مربوط به فرونشست و بالاآمدگی بر حسب میلیمتر در سال، در منطقه‌ی مورد مطالعه را نشان می‌دهد. قابل ذکر است این نمودارها با مدنظر قرار دادن چند نمونه جهت نمایش در نمودار استخراج شده‌اند. مقادیر منفی نشان دهنده‌ی فرونشست و مقادیر مثبت نشان دهنده‌ی بالاآمدگی می‌باشد. با توجه به یافته‌ها شاهد بالا آمدگی در قسمت‌های شمالی شهر سراب، و پراکندگی فرونشست در مناطق مختلف با مقادیر حداکثر و حداقل 9 و 2 سانتی‌متر در سال، در منطقه هستیم. نکته قابل توجه تغییرات بعد از زلزله بزرگ ترکمنچای و حوالی سال 2021 در این منطقه می‌باشد؛ که این موضوع در نمودارها کاملا مشخص است؛ به‌طوری‌که قبل از سال 2019 فرونشست یا بالاآمدگی چشمگیری در منطقه مشاهده نمی‌شود.
همان‌طورکه از نقشه‌ها مشخص است کاربری کشاورزی آبی میزان قابل توجهی از اراضی اطراف شهر سراب را به خود اختصاص داده اس ت، که مستلزم برداشت از سفره‌ی آبهای زیرزمینی می‌باشد. بیشترین میزان نرخ فرونشست نیز در حوالی کاربری کشاورزی و مرتع نزدیک 9 سانتی متر در سال که در اطراف خود شهر سراب بارزتر است، مشاهده می‌شود. ایستگاه‌های اسبقران، شورادل و سنزیق واقع در جنوب شرقی سراب از سال 82 تا سال 97 با افت و خیز آب زیرزمینی روبه‌رو هستند ولی در سال 98 کاهش ناگهانی سطح سفره در آنها مشاهده می‌شود. میزان افت آب این ایستگاه‌ها در سال 98 به طور تقریبی نسبت به سال 97 به ترتیب 9، 6، 4 میلیمتر برآورد شده است. ایستگاه‌های رازلیق و سقزچی واقع در قسمت شمالی و جنوب غربی سراب به ترتیب افت 10 و 4 میلیمتری آب زیرزمینی را در سال 98 نسبت به سال 97 تجربه کرده‌اند. لازم به ذکر است افت مشاهده شده در آبهای زیرزمینی در ایستگاه‌های مختلف متغیر بوده و از ابتدای سال 98 رخ داده است. به‌طوری‌که در ایستگاه‌های رازلیق، سقزچی و شورادل میزان افت قبل از زلزله آبان و در ایستگاه‌های سنزیق و اسبقران بعد از زلزله رخ داده است. ببیشترین میزان افت آب زیرزمینی در ایستگاه اسبقران و تقریبا 9 میلی متر برآورد شده است؛ در ضمن این ایستگاه نسبت به ایستگاه‌های دیگر به خط گسل و کانون زلزله نزدیکتر است
طبق یافته‌ها افت سطح آبهای زیرزمینی از سال 2018 و قبل از زلزله بزرگ ترکمنچای قابل مشاهده می‌باشد؛ و از آنجایی که خشک شدن صفحات گسلی که افزایش زاویه اصطکاک داخلی را به دنبال خواهد داشت (الیاسی، 1382)، به طور غیرمستقیم می‌تواند عامل تشدید وقوع زلزله باشد؛ بنابراین افت سطح آبهای زیرزمینی در وقوع زلزله آبان 2019 نمی‌تواند بی‌تاثیر باشد. به‌طوری‌که خیاطی (1396) در مطالعه‌ای به این موضوع اشاره کرده و افت سطح آبهای زیرزمینی و خشکی صفحات گسلی را به عنوان محرکی برای برخی از زمین لرزه‌ها مطرح کرده است. از طرفی گسلها بسته به نوعشان تاثیرات مختلفی بر وضعیت آبخوان‌ها دارند و صفحات گسلی و شکستگی‌ها در نفوذ آبهای جاری و وضعیت فراوانی و کیفیت منابع آب زیرزمینی به طور تعیین کننده‌ای می‌توانند اثر گزار باشند؛ پالو همکاران (2012) نیز بالا بودن زاویه اصطکاک برای سطوح سنگی خشک را مطرح کرده و ورود آب و افزایش فشار منفذی را عامل کاهش مقاومت اصطکاکی و در نتیجه وقوع لغزش دانسته‌اند. بنابراین با توجه به نزدیکی منطقه مورد مطالعه به کانون زلزله حرکات گسلی و تاثیر آن بر افت یا افزایش آبهای زیرزمینی منطقه دور از ذهن نمی‌باشد. البته بحث برداشت از سطح سفره‌های زیرزمینی یا افت بوجود آمده در آن، تحت تاثیر عوامل گوناگون از جمله تغییرات اقلیمی و کاهش بارندگی و یا کاهش نفوذ پذیری در اثر تغییرات کاربری بخصوص در کاربری‌های مسکونی و صنعتی و تاثیر آن در فرونشست منطقه غیر قابل انکار است؛ به طوری که عابدینی و همکاران (1400)، شفیعی و همکاران (1399) در مطالعات خود به رابطه مستقیم فرونشست و افت سطح آبهای زیرزمینی اشاره کرده‌اند. اما باید توجه داشت که فرونشست یا بالاآمدگی اتفاق افتاده در منطقه بعد از زلزله بزرگ چشمگیرتر است؛ بنابراین هر دو عامل افت سطح آبهای زیرزمینی و زلزله بزرگ می‌توانند عامل فرونشست منطقه باشند ولی طبق بررسی‌ها، بنظر می‌رسد زلزله 2019 تاثیر گزارتر بوده است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
Investigating the height changes of the land surface using the SBAS radar interferometry technique in a part of Sarab county
نویسندگان [English]
- sayyad asghari 1
- shiva safari 2
- elham mollanouri 3
1 Associate professor of Geomorghology, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil
2 Physical Geography, Faculty of Social Sciences, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
3 Department of physical Geography, Faculty of Social Sciences, Mohaghegh Ardabili University, Ardabil, Iran
چکیده [English]
Land displacement is known as one of the most obvious invisible effects of natural earthquake hazards. In the present study, the radar interferometric technique (SBAS) using the images of Sentinel 1 (2018 to 2021) was used to estimate the land subsidence, and the Landsat 8 image of 2018 was used to extract the land use classes in a part of the Sarab county. Also, the data obtained from the regional water organization has been used to investigate the condition of underground water in connection with the subsidence caused by displacement. According to the findings and survey of the land use map of the study area, the subsidence can be seen in different places and it reaches 9 cm per year around the agricultural areas and pastures. Also, in some places, the rising rate is estimated up to 12 cm. Examining the condition of aquifers shows a drop in the level of underground water in most stations, especially a sudden drop since the beginning of 2018. Considering that the direct relationship between groundwater withdrawal and subsidence has been fully proven; But after the 5.9 magnitude earthquake in November 2018, sudden changes have occurred in the subsidence of the region. Therefore, it seems that the subsidence of the region is more affected by the earthquake.
کلیدواژه‌ها [English]
- radar interferometry
- SBAS technique
- subsidence rate
- underground water. earthquake
جابه‌جایی زمین تغییر شکل تدریجی، فروریختن یا بالا آمدن ناگهانی سطح زمین است که ناشی از عوامل طبیعی و انسانی می‌باشد (Shi et al.,2016; Galloway et al., 2011). با اینکه فرونشست زمین معمولاً با نرخ چند سانتی متر در سال اتفاق می‌افتد اما خطرات احتمالی ناشی از آن از جمله، آسیب به زیرساخت‌ها، تخریب خاک و آبگرفتگی در مناطق ساحلی یکی از مخاطراتی است که امروزه توجه کارشناسان مربوطه را به خود جلب کرده است (Ranjgar et al., 2021 Holzer et al., 2005 ;). فرونشست زمین معمولاً در شهرها و مناطق اطراف شهری، به دلیل بهره‌برداری بیش از حد از آبهای زیرزمینی بخصوص در مناطقی با اقلیم خشک و نیمه خشک که کشور ایران نیز جزو این مناطق است، رخ می‌دهد و مناطق شهری را با خطرات و آسیب‌هایی روبه‌رو می‌کند (احمدی و همکاران، 1397). زلزله نیز به عنوان یکی از مخاطرات سریع، تهدیدی در حال رشد برای جوامع انسانی محسوب می‌شود و در این میان زمین لرزه‌های بزرگ منجر به آثار محسوس مانند مرگ‌ومیر و همچنین آثار نامحسوسی همچون حرکت قائم زمین به صورت فرونشست و بالا آمدگی می‌شوند که نتیجه آن ممکن است در بلند مدت در نواحی سکونتگاهی و تأسیسات و همچنین لندفرم‌های ژئومورفولوژی آشکار شود (;Pan et al., 2019 Dehghani et al., 2009). بنابراین جهت ارزیابی و مدیریت بهتر منابع، نظارت زمانی و مکانی فرونشست ضروری می‌باشد (Dehghani et al., 2009). در بررسی فرونشست زمین، تشخیص محدوده و نرخ این پدیده گامی مهم است؛ اما با توجه به نرخ کند فرونشست اندازه‌گیری‌های زمینی بخصوص در مناطق وسیع ممکن است با چالش‌هایی روبه‌رو بوده و نیاز به فناوری پیشرفته‌ای داشته باشد (اصغری و همکاران،1401). در این میان تکنیک‌های سنجش از دوری با استفاده از تصاویر راداری با توجه به پوشش سراسری و قدرت تفکیک مکانی خوب این تصاویر می‌توانند در این دست از مطالعات بسیار مفید باشند. تکنیک‌های تداخل سنجی In-SAR از جمله D-Insar[1] و SBAS[2] جزو روش‌های پرکاربرد مطالعه جابجائی قائم زمین می‌باشند. با وجود اینکه محققین در مطالعات متعددی در سطح بین المللی، با بهره‌گیری از تکنیک D-Insar به نتایج خوبی در شناسایی جابجائی زمین در مناطق مختلف دست یافته‌اند، اما محدودیت خط مبنای زمانی در این تکنیک می‌تواند منجر به عدم همبستگی شده و به‌ویژه زمانی که خط مبنا خیلی طولانی است باعث پایین آمدن دقت نظارت شود. بنابراین تکنیک SBAS با رفع محدودیت تکنیک D-Insar جهت پاسخگویی به پایش بلند مدت پدیده‌ی فرونشست و بالا آمدگی می‌تواند انتخاب مناسبی باشد (chan et al., 2021). به همین جهت تکنیک تداخل سنجی SBAS با استفاده از سری تصاویر SAR اخذ شده از سنسورهای رادار فضایی، پتانسیل خوبی در مطالعه پدیده فرونشست زمین داشته و مشکلات روش سنتی D-INSAR را برطرف می‌کند (Tapete et al., 2011 ; ;Agapiou et al., 2020 Bui ;et al., 2020 Pawluszek-Filipiak et al., 2020).
احمدی و همکاران (1397) در مطالعه‌ای با عنوان مطالعه فرونشست دشت خرمدره با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری و بررسی مخاطرات آن پرداخته‌اند. نتایج این تحقیق نرخ فرونشست سالانه 35 میلی متری را در بازه زمانی 2003- 2005 با استفاده از تصاویر ENVISAT و تکنیک Ps-InSAR و نرخ فرونشست سالانه 49 میلیمتری را در بازه زمانی 2014-2017 با استفاده از تصاویر Sentinel 1 و تکنیک SBAS در دشت خرمدره نشان داده است. بررسی نتایج این محققین با داده‌های ایستگاه GPS خرمدره و ترازیابی دقیق بیانگر افزایش روند فرونشست در این دشت بوده است. این محققین دلیل فرونشست در منطقه را بالا بودن کاربری کشاورزی و برداشت از چاه‌های زیرزمینی دانسته‌اند و مخاطره فرونشست را تهدیدی برای خطوط راه آهن و راه‌های اصلی و بزرگراه موجود در منطقه دانسته‌اند. محمدخانی و همکاران (1398) در مطالعه‌ای به ارزیابی تاثیر افت آبهای زیرزمینی بر میزان فرونشست با استفاده از تصاویر راداری سنتینل1 در دشت قروه ایران در بازه زمانی فروردین 2016 تا اسفند 2017 پرداختند. آنها از داده‌های چاه‌های پیزومتری و رسوب‌شناسی و 16 تصویر راداری سنتینل 1 با اعمال تکنیک SBAS استفاده کرده‌اند. نتایج بررسی این محققین افت سطح آبهای زیرزمینی بر اثر بهره‌برداری از این منابع بویژه در مناطق شرقی و فرونشست 216 میلیمتری در طی دو سال در حاشیه شرقی و غرب این دشت را نشان داد. رجبی و همکاران (1399) در مطالعه ای به بررسی مخاطره فرونشست در شهرهای غربی استان همدان با استفاده از تصاویر راداری پرداخته‌اند. طبق نتایج این محققین، بیشترین میزان فرونشست در مناطقی با بیشترین میزان افت آب زیرزمینی رخ داده و رابطه‌ی معناداری بین افت سطح آب زیرزمینی و فرونشست (7/0) وجود دارد. صدری کیا (1401) در مطالعه‌ای به بررسی فرونشست دشت سراب با استفاده از تکنیک پراکنش‌گرهای دائمی در بازه‌ی زمانی 2017 تا 2020 پرداخته است. این پژوهشگر فرونشست 45 میلیمتری سالانه را برای منطقه تخمین زده است. همچنین کاهش چند متری سطح ایستابی آبهای زیرزمینی در مناطق فرونشست توسط این پژوهشگر اشاره شده است. طبق نتیجه این پژوهشگر با استفاده از معادله رگرسیونی رابطه معنی‌داری بین افت سطح آبهای زیرزمینی و نرخ فرونشست مشاهده شده است. ژو[3] و همکاران (2020) در مطالعه‌ای به ارزیابی پتانسیل فرونشست زمین در فرودگاه تازه تاسیس شیامن با کد XXNA واقع در زمین‌های احیا شده ساحلی جنوب شرقی چین پرداخته‌اند. این محققین چنین زمین‌هایی را مستعد فرونشست دانسته و منطقه مورد مطالعه را با استفاده از نتایج به دست آمده از داده سنتینل 1 و تکنیک InSAR در بازه زمانی ژانویه 2018 تا آوریل 2019 به‌دلیل فشردگی زمین و شن و پر کردن لایروب‌ها به‌شدت تحت تاثیر فرونشست معرفی کرده و آن را تهدیدی برای کاربری زمین در آینده دانسته‌اند. یکی از نتایج مهم این محققین کارایی روش In-SAR در شناسایی مناطق بزرگ تحت فرونشست می‌باشد. آقاپو[4] و همکاران (2020) در مطالعه‌ای به شناسایی جابجایی با استفاده از تحلیل‌های سری زمانی و تکنیک InSAR و [5]HyP3در مناطق باستانی قبرس پس از زلزله 5.6 ریشتری در سال 2015 پرداخته‌اند. این محققین تصاویر راداری مانند سنتینل 1 را فرصت مناسب و یک راهبرد سیتماتیک جهت مطالعه مناطق باستانی بخصوص بعد از زلزله دانسته‌اند. پردازش جفت تصاویر سنتینل 1 قبل و بعد از زلزله با استفاده از پلتفرم HyP3 توانست جابجایی‌های کوچک در منطقه مورد مطالعه را در کمتر از یک ساعت نشان داده است. سسکاتلی[6] و همکاران (2020) در مطالعه‌ای به مدل سازی عددی فرونشست زمین مرتبط با برداشت آب زیرزمینی در ایتالیای مرکزی از سال 2015 تا 2018 پرداخته‌اند. این محققین برای شناسایی ارتباط پیچیده شرایط حوضه‌های آبریز و جابجایی زمین، یک مدل هیدرولوژیکی توسعه دادند. توزیع پارامتر هیدرودینامیکی کالیبره و ارزیابی شده بوسیله میانگین اندازه‌گیری[7]PSI با داده سنتینل1، نشان می‌دهد که احتمالاً فرونشست در منطقه پیستویا مرتبط با برداشت آبهای زیرزمینی می‌باشد. این محققین در ادامه جهت ارزیابی از سناریو سازی تا سال 2050 استفاده کردند که منجر به توسعه چندین نقشه خطر فرونشست از شهر پیستویا شد که تاثیر استخراج آبهای زیرزمینی را در کنترل فرونشست زمین در منطقه را نشان می‌دهد. بوی[8] و همکاران (2021) مطالعه‌ای تحت عنوان شناسایی تغییر فرم زمین بوسیله داده سنتینل 1 و تکنیک InSAR و ارتباط با تغییر سطح آبهای زیرزمینی در هانوی ویتنام انجام داده‌اند. این محققین تکنیک InSAR را یکی از روش‌های معمول سنجش از دوری برای مشاهده و پایش فرونشست زمین معرفی کرده‌اند. همچنین مشاهده فرونشست با استفاده از هر دو روش SBAS و PSInSAR را سازگار در الگوهای مکانی و آماری دانسته‌اند. طبق نتایج این محققین کاهش 31/0 متری سالانه آب زیرزمینی در موقعیت مربوط به دو چاه Q57a وq58a با میزان فرونشست سطحی حدود 6-8 میلیمتر در سال بوده است و چاه Q68a با بیشترین میزان افت آب زیرزمینی یعنی 9/0 میلیمتر در سال پاسخی به میزان فرونشست 7 میلیمتری در سال بوده است. دکلرک[9] و همکاران (2021) به بررسی فرونشت در اطراف رودخانه‌ی شلده در شهر آنتورپ پرداخته‌اند. این شهر بزرگترین و پرجمعیت ترین شهر کشور بلژیک و به عنوان دومین بندر اروپا است که محل دفن زباله و رسوبات بوده و تحت تاثیر فرونشست می‌باشد. این محققین از تکنیک پرکنش‌گرهای دائمی[10] در مطالعه خود استفاده کرده‌اند. طبق نتایج این محققین متوسط نرخ خط دید سالانه[11] فرونشست در سال‌های 1992-2001 با استفاده از داده ERS1/2 مقدار 4/3 میلیمتر، در سال‌های 2003-2010 با استفاده از داده ENVISAT مقدار 71/2 میلیمتر و در سال‌های 2016-2019 با استفاده از داده سنتینل 1A مقدار 11/2- میلیمتر برآورد شده است. طبق نتایج این محققین کاهش تدریجی در متوسط نرخ فرونشست سالانه در مقیاس جهانی مستقل از تغییرات مهم محلی در مناطق مختلف در امتداد رودخانه شلده می‌باشد.
نتایج حاصل از پژوهش محققین در مورد جابجایی قائم زمین نشان دهنده اهمیت مطالعه در این زمینه بوده و استفاده از ابزارهای جدید سنجش از دوری در این مورد بسیار حائز اهمیت می‌باشد. ایران طی چند سال اخیر با بحران زمین لرزه روبه رو بوده است؛ زلزله‌های پیاپی همراه پس لرزه‌های آن، باعث بوجود آمدن بالاآمدگی و فروافتادگی‌ها شده است (مدیرزاده و همکاران، 1401). یکی از زلزله‌هایی که اخیراً در ایران رخ داده است، زلزله 17/11/2019 ساعت 22:47:04 به وقت بین‌المللی به بزرگی 9/5 ریشتر (مرکز لرزه نگاری کشور) و 02:17:03 بامداد به وقت محلی بوده است. این زمین لرزه که در استان آذربایجان شرقی 24 کیلومتری حوالی ترک و 25 کیلومتری سراب و 18کیلومتری ترکمنچای رخ داد سبب بروز خسارات محسوس زیادی به سکونتگاه‌های منطقه شده است و همچنین با جابجایی قائم قابل توجهی همراه بوده است. طبق گزارش سازمان نقشه برداری کشور به عنوان متولی پایش تغییرات پوسته ی زمین و بر اساس پردازش‌های راداری و ژئودتیک، سراب یکی از دشت‌های استان آذربایجان شرقی است که توسط خطر جابجایی و بویژه فرونشست تهدید می شود (fa.ncc.gov.ir). جابه‌جایی قائم می‌تواند بر نواحی سکونتگاهی و سازه‌ها اثرات مستقیم داشته باشد و زمینه‌‍ی گسیختگی و حرکت دامنه‌ها را فراهم کند. قابل ذکر است برخی از اثرات جابجایی زمین ممکن است به مرور زمان بروز کند. به علاوه خطر فرونشست ناشی از افت سطح آبهای زیرزمینی اثبات شده و به عنوان خطر جهانی تلقی می‌شود. با توجه به اعلام شرکت آب منطقه‌ای استان آذربایجان شرقی در سال 1395، سالانه حدود 15 میلیون متر مکعب آب از چاه‌های مجاز سراب اضافه برداشت شده است (صدری کیا، 1401). با توجه به مطالب ذکر شده و نزدیکی شهرستان سراب به کانون زلزله بزرگ ترکمچای بررسی جابجایی منطقه سراب و عوامل احتمالی تاثیر گذار در آن و تغییراتی که می‌تواند موجب شود، ضروری بوده و می‌تواند آگاهی‌های لازم را در اختیار کارشناسان و برنامه‌ریزان قرار دهد. بنابراین، هدف از مطالعه حاضر برآورد نرخ جابجائی قسمتی از شهرستان سراب با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری SBAS و سری تصاویرراداری سنتینل 1 در بازه‌ی زمانی 2018 تا 2021 می‌باشد. بررسی وضعیت سطح سفره‌ی آبهای زیرزمینی مناطق تحت فرونشست و همچنین وضعیت کاربری اراضی منطقه از اهداف دیگر این مطالعه است. استفاده از تکنیک SBAS با مد نظر قرار دادن زلزله بزرگ آبان 98 و وضعیت سفره‌های زیرزمینی این منطقه را می‌توان به عنوان نوآوری مطالعه حاضر در نظر گرفت.
)