زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

تعیین نرخ فرونشست زمین و ارتباط آن با افت سطح آب زیرزمینی با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای در آبخوان دامغان

نویسندگان
دانشگاه دامغان
چکیده
فرونشست زمین یکی از مخاطرات ژئومورفولوژیکی مهم در مناطق خشک و نیمه‌خشک محسوب می‌شود که عمدتاً ناشی از برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی است. در چنین مناطقی، افت سطح آب موجب فشردگی غیرقابل برگشت لایه‌های ریزدانه، کاهش ظرفیت ذخیره‌سازی آب و آسیب به زیرساخت‌های حیاتی می‌گردد. هدف این پژوهش، پایش نرخ فرونشست زمین در آبخوان دامغان و تحلیل ارتباط آن با افت سطح آب زیرزمینی با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای، اطلاعات پیزومتری و شواهد میدانی است. منطقه مورد مطالعه بخشی از آبخوان دامغان در استان سمنان با وسعتی حدود ۱۵۲۲ کیلومتر مربع است که میزبان یک آبخوان آزاد در میان نهشته‌های آبرفتی ناهمگن می‌باشد. داده‌های مورد استفاده شامل تصاویر Sentinel-1A در بازه ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۱، اطلاعات ۳۸ چاه مشاهده‌ای طی سال‌های 1396تا 1402، و لاگ‌های حفاری ۱۳ گمانه بهره‌برداری بوده است. نتایج نشان داد که افت سطح آب زیرزمینی در بخش‌های مرکزی و جنوب‌شرقی آبخوان تا 5 متر و با نرخ متوسط سالانه حدود 0/33 متر رخ داده است. نقشه‌های تداخل‌سنجی راداری نرخ متوسط فرونشست را حدود 0/32 متر در همین نواحی تأیید کردند. تحلیل بافت خاک و ضخامت لایه‌های اشباع نشان داد که مناطق با درصد بالای رس و سیلت حساسیت بیشتری به افت آب دارند و در گمانه‌هایی با ریزدانه بالا حتی افت‌های کوچک نیز منجر به نشست محسوس شده است، در حالی‌که در گمانه‌های با ریزدانه ناچیز نشست محدود بوده است. شواهد میدانی شامل بیرون‌زدگی لوله‌های جدار چاه‌های پیزومتری تا حدود ۲۷ سانتی‌متر، فروچاله‌های اولیه و تغییر در الگوی زهکشی طبیعی، ابعاد عملی این پدیده را برجسته می‌سازد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهد که افت سطح آب زیرزمینی در تعامل با ویژگی‌های زمین‌شناسی و بافت خاک عامل اصلی بروز فرونشست در آبخوان دامغان است و پایش مستمر منابع آب زیرزمینی و مدیریت هدفمند بهره‌برداری برای کاهش مخاطرات و حفظ پایداری زیست‌محیطی منطقه ضروری است.
کلیدواژه‌ها

Abidin, H. Z., Andreas, H., Gumilar, I., Fukuda, Y., Pohan, Y. E., & Deguchi, T. (2011). Land subsidence of Jakarta (Indonesia) and its relation with urban development. Natural Hazards, 59(3), 1753–1771. https://doi.org/10.1007/s11069-011-9866-9
Ashuri, R., Emamgholizadeh, S., Haji Kandy, H., Mehdizadeh, S. S., & Jamali, S. (2023). Estimation of land subsidence using coupled particle swarm optimization and genetic algorithm: The case of Damghan aquifer. Water Supply, 24(2), 416–435. https://doi.org/10.2166/ws.2024.002
Bagheri-Gavkosh, M., Hosseini, S. M., Ataie-Ashtiani, B., Sohani, Y., Ebrahimian, H., & Morovat, F. (2021). Land subsidence: A global challenge. Science of the Total Environment, 786, 146193. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146193
Bianchini, S., Ashuri, R., Emamgholizadeh, S., & Jamali, S. (2023). Study of the spatial changes of subsidence in Damghan plain and its prediction using artificial neural network model. Arid and Tropical Water and Environment, 13(1), 1–18. https://doi.org/10.22126/atwe.2023.9801.1065
Bianchini, S., Ciampalini, A., Raspini, F., & Moretti, S. (2019). Ground Subsidence Susceptibility (GSS) Mapping in Grosseto Plain Using Remote Sensing and GIS Techniques. Remote Sensing, 11(3), 1–18.
Chaussard, E., Amelung, F., Abidin, H., & Hong, S. H. (2013). Sinking cities in Indonesia: ALOS-based InSAR analysis of urban subsidence. Remote Sensing of Environment, 128, 150–161.
Faunt, C. C., Traum, J. A., Boyce, S. E., Seymour, W. A., Jachens, E. R., Brandt, J. T., Sneed, M., Bond, S., & Marcelli, M. F. (2024). Groundwater sustainability and land subsidence in California’s Central Valley. Water, 16(8), 1189. https://doi.org/10.3390/w16081189
Ferretti, A., Prati, C., & Rocca, F. (2001). Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 39(1), 8–20.
Ghorbani, Z., Khosravi, A., Maghsoudi, Y., Mojtahedi, F. F., Javadnia, E., & Nazari, A. (2022). Use of InSAR data for measuring land subsidence induced by groundwater withdrawal and climate change in Ardabil Plain, Iran. Scientific Reports, 12(1), 13998.
Motagh, M., Walter, T. R., Sharifi, M. A., Fielding, E. J., Schurr, B., & Nahavandchi, H. (2008). Land subsidence in Iran caused by widespread water reservoir overexploitation revealed by satellite radar interferometry. Geophysical Research Letters, 35(16), L16403. https://doi.org/10.1029/2008GL033814
Peng, M., Lu, Z., Zhao, C., Motagh, M., Bai, L., & Conway, B. D. (2022). Mapping land subsidence and aquifer system properties of the Willcox Basin, Arizona from InSAR observations and independent component analysis. Remote Sensing of Environment, 280, 113179. https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.113179
Qin, M., Yang, J., Bai, Y., & Bai, Y. (2025). The subsidence–distance relationship for land subsidence induced by groundwater abstraction. Hydrogeology Journal, 33, 205–217. https://doi.org/10.1007/s10040-024-02847-2.
Sadeghi, H., Darzi, A. G., Voosoghi, B., Garakani, A. A., Ghorbani, Z., & Mojtahedi, S. F. F. (2023). Assessing the vulnerability of Iran to subsidence hazard using a hierarchical FUCOM-GIS framework, Remote Sens. Appl.: Soc. Environ., 31, 100989.