Document Type : Research Paper
Authors
1 Associate Professor, Department of Geography and Urban Planning, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
2 M.Sc. Student of Environmental Hazards, Department of Geography and Urban Planning, Shahid Bahonar University of Kerman, Kerman, Iran
Abstract
Keywords
Main Subjects
مقدمه
پدیدۀ فرونشست یکی از مشکلات روزافزون و اساسی در بیشتر جوامع انسانی است که اغلب در اثر فعالیتهای بشر رخ میدهد. فرونشست نشاندهندۀ فرورفتگی سطح زمین براثر فعالیتهای انسانی نظیر برداشت بیرویه از آبهای زیرزمینی و معدنکاری و عوامل گوناگون طبیعی مانند تکتونیک، تحکیم خاک و فرایند انحلال است. استفادۀ بیرویه از آب در مصارف کشاورزی و صنعتی درنتیجۀ رشد روزافزون جمعیت به ایجاد اثرات نامطلوب کمی و کیفی در منابع آب منجر شده است. علاوه بر این، افزایش استفاده از آبهاى زیرزمینى بهویژه در حوضههایى که با نهشتههاى آبرفتى، دریاچهاى تحکیم نیافته یا دریایى کم عمق انباشته گشتهاند، باعث ایجاد فرونشست میشود. بهرهبرداری بیشازحد از آب زیرزمینی در بسیاری از دشتهای ایران، به رخداد فرونشست در آنها منجر شده است (یاراحمدی، 1395؛ Jafari et al., 2016, p. 833). برای چندین دهه، آبهای زیرزمینی بهطور گسترده در سفرههای زیرزمینی برای اهداف خانگی، کشاورزی و صنعتی بهرهبرداری شدهاند. این امر نیاز به تغذیۀ مصنوعی بعدی برای متعادلکردن کاهش آب زیرزمینی و کنترل فرونشست زمین دارد (Aggarwal et al., 2022, p. 178). بهرهبرداری طولانیمدت از آبهای زیرزمینی و تغذیه مجدد در سفرههای زیرزمینی محدود، فشار پیزومتریک و منفذی را در سفرههای زیرزمینی تغییر میدهد. طبق اصل تنش مؤثر، سیستمهای آبخوان به دلیل این تغییرات متراکم و به فرونشست زمین منجر میشوند (Castellazzi et al., 2016, p. 103; Hu et al., 2019 )؛ بنابراین درک فرونشست زمین، فرایند تراکم ناشی از بهرهبرداری و تغذیۀ آبهای زیرزمینی ضروری است. استحصال یا تغذیۀ مجدد آبهای زیرزمینی بهترتیب باعث فرونشست یا بالاآمدن زمین میشود و این امر آسیب چشمگیری به ساختمانها، زیرساختها و ظرفیت ذخیرۀ آب سفرهها وارد میکند (Hu et al., 2019)
شناخت گسترۀ فضایی و اندازهگیری هرچه دقیقتر میزان فرونشست، اولین گام در جهت مطالعۀ این پدیده دانسته میشود؛ بنابراین با شناخت مشخصات مکانی و رفتار زمانی این پدیده، مدل منطقهای آن ارائه و توسعه داده و از این طریق راهکارهایی عملی و اساسی در راستای کاهش خسارات مرتبط با آن و جلوگیری از روند آتی اتخاذ میشود. برای محاسبۀ فرونشست زمین روشهای مختلف غیر ژئودیتیکی و ژئودیتیکی وجود دارند. استفاده ازGPS ، توتال استیشن و لیزر اسکنر ازجمله روشهای ژئودیتکی محسوب میشوند. با وجود اینکه این روشها، اندازهگیریهای دقیق و پیوستهای را باعث میشوند، هیچکدام قابلیت تعیین وسعت و الگوی فضایی پدیدۀ فرونشست را ندارند (Liu et al., 2021, p. 17). از طرف دیگر، اغلب انجامدادن هرکدام از این روشها بهویژه برای مناطق وسیع بسیار پرهزینه و زمانبر خواهد بود؛ درنتیجه وجود چنین محدودیتهایی همواره از چالشهای اساسی استفاده از این روشها محسوب میشود. با ظهور سنجندههای راداری در دهۀ 1990 و توسعۀ سریع آن، افقی بسیار امیدوارکننده و تازه پیش روی محققان علوم زمین قرار گرفت (یاراحمدی، 1395). استفاده از روش اینترفرومتری راداری در سالهای اخیر بهعنوان ابزاری کارآمد برای پایش جابجاییهای ناشی از پدیدههای مختلفی نظیر آتشفشان، فرونشست، زلزله و زمین لغزش و غیره موردتوجه محققان علوم زمین قرار گرفته است (Liu et al., 2021, p. 17; Ghazifard et al., 2017, p. 778). از مزایای این روش در مقایسه با روش پیشین، به امکان محاسبۀ جابجاییها با دقت سانتیمتر و پایینتر، پوشش مکانی پیوسته و وسیع و قابلیت فعالیت در هر شرایط آبوهوایی اشاره میشود.
تاکنون پژوهشهای مختلفی، بهصورت کیفی، ارتباط بین افت سطح آب زیرزمینی و وقوع پدیدۀ فرونشست را مشخص کردهاند (شریفی کیا، 1391، ص. 34؛ صالحی و همکاران، 1392، ص. 47؛ شفیعی و همکاران، 1400، ص. 159؛ Liu et al., 2017; Masoumi et al., 2022, p. 17)؛ اما مطالعات کمی این ارتباط را بهصورت کمّی آزمایش کردهاند. بهنیافر و همکاران (1389، ص. 131) عوامل مؤثر بر فرونشست دشت مشهد و پیامدهای ژئومورفیک آن را بررسی کردند. براساس نتایج این پژوهش، اگرچه گروهی از عوامل در ایجاد این پدیده مؤثر بودهاند، مهمترین آنها بهخصوص در دشت مشهد، برداشت بیرویه از سفرۀ آب زیرزمینی و نفوذنکردن آب برگشتی شرب، صنعت و کشاورزی به این دشت بوده است. شریفی کیا (1391، ص. 34) با استفاده از تصاویر راداری، فرونشست زمین را در دشت نوق-بهرمان در استان کرمان بررسی کردند. نتایج نشاندهندۀ آن بود که این منطقه سالانه بهطور متوسط 30 سانتیمتر فرونشست دارد. رکنی و همکاران (1395، ص. 65) پژوهشی با عنوان بررسی فرونشست زمین، چشماندازها و تحولات ژئومورفولوژی ناشی از آن در دشتهای تراکمی مطالعۀ موردی: دشت نیشابور انجام دادند. در این پژوهش با توجه به افت سطح آبهای زیرزمینی که حاصل آن نشست زمین و ایجاد شکاف در بخشهای مختلف این دشت بوده، تغییرات ژئومورفولوژیکی دشت و شکافها و ترکهای حاصل از فرونشست زمین بررسی شده است. رنجبر و جعفری (1388، ص. 23) با بررسی عوامل مؤثر در فرونشست زمین دشت اشتهارد به این نتیجه رسیدند که برداشت بیرویه از منابع آب زیرزمینی و وجود سازندهای تبخیری در این منطقه از مؤثرترین عوامل فرونشست زمین است. محمدخان و همکاران (1398) تأثیر افت آبهای زیرزمینی را بر میزان فرونشست با استفاده از تصاویر راداری سنتینل- 1 محدودۀ دشت قروه ارزیابی کردند. نتایج حاصل از بررسی وضعیت آبهای زیرزمینی دشت قروه نشاندهندۀ افزایش میزان بهرهبرداری از منابع آب زیرزمینی و درنتیجه افت سطح آب در این دشت است که بیشترین میزان افت سطح آب در مناطق شرقی دشت قروه صورت گرفته است. نظم فر و شیرزادگرجان (1401) دشت مشگین استان اردبیل را مورد پایش فرونشست قرار دادهاند. نتایج حاصل نشاندهندۀ آن است که دلیل اصلی فرونشست دشت، برداشت بیرویه از منابع آب زیرزمینی بوده است و بیشینۀ نرخ فرونشست به 35 سانتیمتر در سال نیز میرسد.
ماتئوس و همکاران، فرونشست زمین را در محدودۀ وگا گرانادا، اسپانیا با استفاده از دادههای راداری سنتینل-1 بین سالهای 2015 تا 2016 مورد پایش قرار دادهاند. نتایج تحقیق نشاندهندۀ آن است که بیشترین میزان فرونشست زمین مربوط به یک دورۀ طولانی و خشک در منطقه بوده است(Mateos et al., 2017) . وانگ و همکاران، مقدار فرونشست زمین را در منطقه گوانگژو چین 8 میلیمتر در سال برآورد کردهاند که ارتباط مستقیم با برداشت بیرویۀ آبهای زیرزمینی دارد(Wang et al., 2017). ﻣﻘﺼﻮدی و همکاران، در دو بازهی زﻣﺎﻧﯽ 2007 ﺗﺎ 2009 و 2015 ﺗﺎ 2016 نرخ ﻓﺮوﻧﺸﺴﺖ منطقۀ ﺟﺎوا را در اﻧﺪوﻧﺰی طبق دادههای سنتینل-1 6/4 میلیمتر در سال گزارش کرده است(Maghsoudi et al., 2018) . جینی و همکاران وجود ارتباط را بین برداشت بیرویۀ منابع آب و فرونشست زمین در درۀ سان جویکین کالیفرنیا بررسی و تأیید میکنند(Jeanne et al., 2019) . سیان و همکاران، با استفاده از تداخل سنجی پراکندگی دائمی و تصاویر سنتینل -1، تصاویر(COSMO-SkyMed) و تصاویر (TerraSAR-X)، فرونشست زمین را در مناطق ساحلی آفریقا بررسی کردند(Cian et al., 2019) . فیاسچی و همکاران جابجایی زمین را با استفاده از روش پیکسلهای کوهرنس و روش پراکنشکنندههای دائمی، در مناطق معتدل اقیانوسی جمهوری ایرلند مطالعه کردند(Fiaschi et al., 2019) . پولیشیک فیلیپاک و بورکوفسکی، بیشترین فرونشست تجمعی ناشی از استخراج معدن را در یکی از معادن قدیمی کشور لهستان با استفاده از ترکیب دو روش تداخل سنجی تفاضلی (DinSAR) و پراکنشگرهای پایدار (PSI) بررسی کردند. براساس نتیجۀ بهدستآمده بیشترین نشست عمودی زمین بهطور تجمعی در منطقۀ موردمطالعه 1 متر بهطور سالانه بوده است (Pawluszek-Filipiak & Borkowski, 2021). ال کمالی و همکاران، تحلیل فضایی فرونشست زمین را در منطقۀ ریماه، امارات متحدۀ عربی بررسی کردند. نتایج این تحقیق نشاندهندۀ آن است که سرعت فرونشست در این محدوده 40 میلیمتر در سال است که به علت افت 12 متری سطح آبهای زیرزمینی رخ داده است(El Kamali et al., 2021) .
پژوهشهای نامبرده اغلب مسئلۀ فرونشست را تنها از یک منظر و آن هم برداشت بیرویۀ منابع آبی بررسی کردهاند؛ در حالی که پژوهش حاضر درصدد است تا عوامل مختلف و متفاوت مؤثر را در امر فرونشست تحلیل و ارتباط احتمالی این عوامل را بررسی کند؛ همچنین استفاده از تکنیک پیکسلهای کوهرنس در راستای هدف مدنظر یکی دیگر از وجوه متمایز این پژوهش را تشکیل میدهد.
ضرورت انجام این پژوهش اینگونه بیان میشود که در دورۀ بیستسالۀ اخیر، وقوع فرونشست و همچنین فروچالهها بهعنوان یکی از نگرانیهای جدی در دشت جیرفت مطرح شده است (ندیری و همکاران، 1395، ص. 115). دشت جیرفت طی سالیان اخیر بهطور جدی با بحران خشکسالی و کاهش سطح آب زیرزمینی مواجه بوده است (رضایی و همکاران، 1394، ص. 116). بهعلاوه، به نظر میرسد که در آینده نیز با توجه به تغییرات اقلیمی و با فرض ادامهیافتن شرایط موجود در بهرهبرداری از منابع آبی، کاهش سطح آّبهای زیرزمینی در این منطقه بهطور چشمگیری ادامه خواهد یافت (شادفر و همکاران، 1394، ص. 101). درواقع تغییرات الگوی کشاورزی، کاهش بارندگی و بروز خشکسالیهای پیوسته به استفادۀ بدون برنامه و غیراصولی از منابع آب زیرزمینی و افت سطح آبهای زیرزمینی در حوزۀ آبریز دشت جیرفت منجر شده و شرایط را برای وقوع و گسترش فرونشست زمین فراهم آورده است؛ بنابراین بررسی و پایش فرونشست بهعنوان روشی کارآمد در شناسایی و نمایش وضعیت منطقه ازنظر خطر وقوع فرونشست زمین برای برنامهریزان و مدیران مطرح شده است و امکان طرحریزی و اجرای برنامههای پیشگیری مناسب را میسر میکند؛ درنتیجه هدف این پژوهش، تحلیل فضایی فرونشست دشت جیرفت و ارزیابی اثرات برداشت بیرویۀ آب زیرزمینی بر فرونشست زمین و توسعۀ گسلهاست. در راستای اینهدف، 73تصویرسنتینل 1 مربوط به دورۀ زمانی سالهای 2014-2021 با استفاده از تکنیکCPTپردازش شد.
محدودۀ موردمطالعه
دشت جیرفت با مساحت 4943 کیلومترمربع میان طولهای جغرافیایی 57 درجه و 20 دقیقه تا 58 درجه و 17 دقیقۀ شرقی و عرضهای جغرافیایی 28 درجه و 11 دقیقه تا 29 درجۀ شمالی در جنوب ایران و در استان کرمان قرار دارد. ارتفاع دشت جیرفت از سطح دریا 550 تا 800 متر متغیر است. این منطقه ازنظر آبوهوایی جزو مناطق نیمه خشک به شمار میآید و متوسط بارندگی سالانۀ آن در یک دورۀ درازمدت چهلساله 170 میلیمتر است. سفرۀ آبهای زیرزمینی دشت جیرفت بین دو لایۀ محکم از گل پوشیده شده است و سفرهای تحت فشار را تشکیل میدهد که منبع تأمین آب آنها بهطور تقریبی از ارتفاعات جیرفت و کوههای رابر، بافت و جبالبارز است. دشت جیرفت با افت سالانۀ سطح آب زیرزمینی به میزان 1 متر و کسری حجم مخزن متوسط سالانه 25 میلیون متر مکعب از سال 1383 توسط وزارت نیرو در اجرای مقررات مربوطه جزء دشتهای ممنوعه اعلام شده و به دلیل تداوم روند افت و بهبودنیافتن سطح آب زیرزمینی جزء دشتهای بحرانی است (شرکت سهامی آب و منطقهای شهرستان جیرفت، 1400)
شکل (1) نقشۀ موقعیت منطقۀ موردمطالعه (منبع نگارندگان، 1401)
Figure (1) Location of the study area
روششناسی پژوهش
دادههای مورداستفاده
در این پژوهش از 73 تصویر سنجندۀ Sentinel 1، ماهوارۀ Soyuz سازمان فضایی اروپا با فرمت SLC از نوع مد IWS با پلاریزاسیون VV، مربوط به تاریخهای 12/04/2014 و 21/09/2021. این دادهها به تصاویر تک منظر تبدیل شدهاند و اطلاعات آنها به هیچ عنوان مخدوش نشده است؛ همچنین مدل ارتفاع رقومی 30 متری SRTM برای منطقۀ موردمطالعه استفاده شد. جدول (1) نشاندهندۀ مشخصات دادههای مورداستفاده در این پژوهش است. بهمنظور ارزیابی منابع آب زیرزمینی دشت تعداد 40 نمونه آب از چاههای منطقه موردمطالعه جمعآوری شد که موقعیت چاههای نمونهبرداری در شکل (1) ارائه شده است.
جدول (1) مشخصات تصاویر سنتینل 1 مورداستفادۀ در تحقیق (منبع نگارندگان، 1401)
Table (1) The list of Sentinel 1 images used in the research
تعداد اینترفروگرامها |
تعداد تصاویر |
محدودۀ زمانی |
شماره گذر |
نوع گذر ماهواره |
72 |
73 |
12/04/ 2014 - 21/09/2021 |
488 |
نزولی |
دشت جیرفت به لحاظ قرارگرفتن در زون ساختاری ایران مرکزی، به لحاظ تکتونیکی پهنهای فعال است؛ درنتیجه گسلهای فعال زیادی نیز در منطقه وجود دارد (رشیدی و همکاران، 1396). بهمنظور تعیین ارتباط بین فرونشست با گسلها، نقشۀ گسلهای محدودۀ موردمطالعه تهیه شد (شکل 2)؛ همانطور که در شکل (2) مشاهده میشود، سه گسل مهم سبزواران، جبال بارز و دلفارد محدودۀ موردمطالعه را تحتتأثیر قرار دادهاند. برای آمادهسازی و انجام تجزیهوتحلیلهای نهایی از نرمافزارهای SNAP،StaMPS و ArcGIS 10.3 استفاده شد.
شکل (2) موقعیت گسلهای منطقه (منبع نگارندگان، 1401)
Figure (2) The location of region faults