ارزیابی میزان فرونشست زمین در ارتباط با آب های زیرزمینی به کمک داده ماهواره ‌ای راداری سنتینل1 و الوس1 (منطقه مورد مطالعه: دشت مشهد)

پیشینه و هدف در سال های اخیر پمپاژ بیش ‌از حد آب‌ های زیرزمینی و همچنین کاهش بارندگی در دشت مشهد فرونشست را ایجاد کرده است که خسارت‌ هایی را برای زیر ساخت ‌ها دربی داشته است. این مشکل به خاطر افزایش تقاضای برداشت آب از چاه های عمیق برای کشاورزی، صنایع و شرب است. به دنبال این تقاضای روزافزون حفر چاه های غیرمجاز نیز افزایش چندانی پیداکرده است، بنابراین سطح آب زیرزمینی دشت دایم در حال پایین رفتن بوده و نرخ فرونشست دشت در حال افزایش است. دشت مشهد یکی از دشت های مهم در استان خراسان رضوی است که یکی از منابع آبی پشتیبان برای استفاده در کشاورزی و صنعت است. فشار بیش‌ازحد به منابع آب زیرزمینی با پمپاژ زیاد و کمبود بارش باعث شده که تغذیه آبخوان به‌ خوبی صورت نگیرد. افت سطح آب زیرزمینی در دشت مشهد اثرات نامناسبی را بر آبدهی چاه ها، تخریب قنوات، کیفیت آب و فرونشست زمین را در نتیجه خواهد داشت. در این تحقیق، میزان فرونشست با استفاده از داده ماهواره‌ های راداری سنتینل1 و الوس1 در ارتباط با افت آب های زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا از داده ‌های سری زمانی راداری چند باندی در طول ‌موج l و c برای تعیین فرونشست در سال ‌های 13861397 استفاده گردید. مواد و روش هاهدف اصلی این تحقیق یافتن میزان فرونشست مرتبط با آب ‌های زیرزمینی در دشت مشهد بین سال‌ های 13861397 با استفاده از تکنیک تداخل سنجی تفاضلی راداری است. برای دست یافتن به این هدف سه سری جفت تصویر از هر یک از داده‌ های راداری الوس1 و سنتنیل –1 استفاده شد. برای آنالیز افت سطح آب‌ های زیرزمینی دشت مشهد در ارتباط با فرونشست از داده چاه های پیزومتری موجود برای بازه سال‌های 13851395 استفاده گردید تا بر اساس آن مدل نقشه هم افت و منحنی تراز افت آب تهیه گردید. این نقشه‌ ها برای روشن کردن ارتباط بین افت سطح آب و فرونشست دشت استفاده شدند. در نهایت نقشه فرونشست دشت با استفاده از مشاهدات زمینی و کارهای گذشته مورد ارزیابی قرار گرفتند. با مقایسه نقشه فرونشست منطقه با نقشه هم ‌افت سطح آب زیرزمینی همبستگی پذیرفته ‌ای به دست آمد که حکایت بر میزان تاثیرپذیری پدیده فرونشست از افت سطح آب زیرزمینی دارد. نتایج نهایی فرونشست با تحقیقات پیشین مقایسه و با مشاهدات زمینی ارزیابی شدند. نتایج و بحث نتایج تداخل سنجی راداری نتایج حاصل از فرآیند تداخل ‌سنجی راداری برای ماهواره alos در این تحقیق، بیانگر بیشینه نشست 5.2 سانتی‌ متر از تاریخ 2007/10/16 تا 2008/01/16 (طی 92 روز)، بیشینه نشست 3.8 سانتی ‌متر از تاریخ 2008/01/16 تا 2008/03/02 (طی 46 روز) و بیشینه نشست 4.7 از تاریخ 2008/03/02 تا 2008/06/02 (طی 92 روز) است. همچنین نتایج حاصل از فرآیند تداخل سنجی راداری برای ماهواره sentinel1 بیانگر بیشینه فرونشست 16.1 سانتی ‌متر از تاریخ  2015/05/28تا 2016/05/22 (طی 360 روز)، بیشینه نشست 17.4 سانتی ‌متر از تاریخ 2016/05/22 تا 2017/05/29 (طی 372 روز) و بیشینه فرونشست 20.3 سانتی‌متر از تاریخ 2017/05/29 تا 2018/05/24 (طی 360 روز) است. توزیع نواحی فرونشست یافته عمدتاً در منطقه مرکزی و جنوب شرقی دشت (شمال غربی شهر مشهد) مشاهده ‌شده است. همچنین یافته‌ های تحقیق دامنه منطقه فرونشست را در سطحی به مساحت 312 کیلومترمربع با درازای به طول 39 کیلومتر و پهنای به طول 8 کیلومتر معرفی نمود. جهت بررسی صحت نتایج حاصل از تداخل سنجی، به دلیل نبود رودخانه دائمی در منطقه عمده نیاز آبی مربوط به کشاورزی، صنعت و شرب به‌وسیله برداشت از سفره‌ های آب زیرزمینی انجام می ‌شود. نتیجه گیری یافته ‌های تحقیق نشان می ‌دهد که مناطق دارای نرخ حداکثر فرونشست منطبق بر کاربری ‌های زراعی و باغات است که بیشترین سهم را در برداشت از آب‌ های زیرزمینی دارا می ‌باشند. همچنین نقشه و نمودار های حاصل از بررسی چاه‌ های پیزومتری بیانگر کاهش پیوسته سطح آب در طول دوره آماری می ‌باشند. براساس نتایج تحقیق مهم ‌ترین علت فرونشست در دشت مشهد برداشت بی‌ رویه آب زیرزمینی است. از طرفی نرخ و دامنه فرونشست در منطقه برای سال ‌های 2007 تا 2008 و 2015 تا 2018 استخراج ‌شده که نشان‌ دهنده روند افزایش پدیده فرونشست در منطقه است. همچنین مشاهدات میدانی هم فرضیه افزایش میزان فرونشست در دهه اخیر را تایید می ‌کنند.

Evaluation of land subsidence relationship with groundwater depletion using Sentinel1 and ALOS1 radar data (Case study: Mashhad plain)

Background and ObjectiveIn recent year’s groundwater pomping in the Mashhad plain and decreasing of rainfall in the Mashhad, plain is cause subsidence and creat damage to province infrastructure. This problem is causing more application for deep well water in agriculture, industries, and drinking water. Follow by this demand the number of illegal wells dicking by customers is increasing, therefore the water level of groundwater in Mashhad plain decreasing and the subsidence rate is growing. Mashhad plain is one of the significant plains in the Khorasan Razavi province which is the main water source to support the cropland and industries. High pressure in Groundwater pumping and rainfall is decreasing it causes aquifer recharge reduction.  Groundwater depletion induced a variety of inadequate in the Mashhad plain such as reducing well discharge, Qanat destructive, Water quality decreasing and land subsidence, etc. In this research, the rate of land subsidence by satellite radar data of ALOS1 and Sentinel1 and its relationship with groundwater depletion are investigated. For this purpose the timeseries InSAR with multiple SAR data in L and C bands are used for land subsidence analysis for ten years from 2007 to 2018. Materials and Methods The main goal of this research is to find the land subsidence rate in relationship with groundwater depletion of the Mashhad plain for a period of 20072018 using the InSAR technique. For achieving the research goal the three pairs of SAR images of ALOS data and three pairs of Sentinel1 data are used. For analyzing the water delation with land subsidence the ten years piezometric well data for a period of 20062017 are modeled to create the groundwater table contour line. This map is used for finding the relationship with land subsidence. The final result of the subsidence map was assessed with field observation and previous work. Results and Discussion InSAR result of ALOS1 data in this research is shown the subsidence maximum rate of 5.2 cm in the period of 2007.10.16 to 2008.10.16 for 92 days, subsidence maximum rate of 3.8 cm in the period of 2008.01.16 to 2008.03.02 for 46 days, and subsidence maximum rate of 4.7 cm in the period of 2008.03.02 to 2008.06.02 for 92 days. In addition, the Sentinel1 data processing for InSAR analysis has shown the subsidence maximum rate of 16.1 cm between 2015.05.28 to 2016.05.22 for a year, subsidence maximum rate of 17.4 cm from 2016.05.22 to 2017.05.29 for 372 days, and subsidence maximum rate of 20.3 cm from 2017.05.29 to 2018.05.24 in a year. The spatial distribution of the subsidence area is mostly in the central and southeast of Mashhad plain. The subsidence area is extended in the area with a 39 km length and 8 km wide. The Mashhad plain does not have a permanent river therefore most of the water demand in agriculture, industries, and drink water is supplying by groundwater pumping. The correlation between the subsidence map and groundwater level contour map obviously has shown that groundwater depletion affects land subsidence. Field observation was also confirmed the subsidence by wall and building crack, wellhead uplifting in the test site. Conclusion The result showed that the area with the maximum rate of subsidence is the counterpart to cropland and garden which have more influence on groundwater pumping. In addition, the piezometric well date is shown the groundwater table continuously decreasing. According to the result of this research, the main reason for subsidence is a force to groundwater pumping. The field observation approved that the subsidence is happening in the Mashhad plain by some cracks in the wall, bridge, road, well destructive.