پایان نامه برای دریافت کارشناسی ارشد (M.A)
گرایش : سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی شهری و روستایی
چکیده:
پدیده فرونشست از جمله بلایای طبیعی میباشد که کاهش منابع زیر زمینی از جمله آبهای زیر زمینی، نفت و غیره با عث بوجود آمدن چنین پدیده ای میشود.
یکی از مهمتری علل فرونشست زمین ، افت سطح ایستایی و افزایش تنش موثر در رسوبات آبخوان میباشد.
دشت مهیار از جمله دشت های مهم در اصفهان میباشد که با برداشت بی رویه آبهای زیر زمینی با پدیده فرونشست مواجه گردیده است که در سالهای اخیر با نرخ رشد فرونشست همراه بوده است.
بوجود آمدن فرونشست در یک دشت یا قسمتی از سطح زمین خساراتی را بر شبکه راهها و سیستم آب و فاضلاب شهری و ابنیه های فنی و ساختمان های شهری به وجود میآورد.
در این تحقیق با استفاده از تکنیک DINSAR و بهره گرفتن از تصاویر راداری در سالهای 2008-2010 میزان بیشینه فرونشست دشت مهیار 22.4 سانتی متر و میزان بیشینه بالاآمدگی در دشت مهیار اصفهان تقریباً 9.3 سانتی متر محاسبه گردیده است.
با بررسی نمودار کاهش سطح آب های زیر زمینی در دشت مهیار اصفهان که با استفاده از داده های آب منطقه ای استان اصفهان تهیه گردیده ، علت فرونشست در دشت مهیار را میتوان عدم مدیریت منابع آبی زیر زمینی دردشت مهیار اصفهان عنوان کرد.
با استفاده از تداخل سنجی راداری و بدست آوردن نقشه اینترفروگرام و فرنجهای رنگی تهیه شده و مقدار DN خروجی تصاویر میزان SUBCIDANCE و UPLIFT منطقه مورد محاسبه قرار میگیرد و در نظر گرفتن نظریه ژئودوالیتی در این تحقیق برای نتیجه گیری بهتر موثر خواهد بود.
کلمات کلیدی:(دشت مهیار ، فرونشست ، بالا آمدگی ،آبهای زیر زمینی، تداخل سنجی راداری ، اینترفروگرام )
مقدمه:
فرونشست زمین شامل فروریزش یا نشست رو به پائین سطح زمین است که می تواند دارای بردار جابجایی افقی اندک باشد(Bates and Jackson,1980)
پدیده فرونشست در اصل به فرورفتگی در سطح زمین اطلاق میشود ، و نشست سطح زمین به سمت پایین بدون محدودیت در سرعت ، بزرگی ، یا ناحیه وقوع پدیده میباشد که در صورت گسترش ، مخاطرات شدید زیست محیطی و اقتصادی را در پی خواهد داشت (Waltham,1989)
خطر فرونشست در اثر افت سطح آب زیر زمینی یک خطر جها نی است و فرونشست بیشتر در مناطق خشک و کم باران اتفاق میافتد.
فرونشست منطقه ای زمین به دلیل افت سطح آب زیر زمینی عمدتاً در رسوبات تحکیم نیافته یا نیمه تحکیم یافته که در مجاورت لایه های شن و ماسه قرار دارد صورت میگیرد(طاحونی ،1386)
بعبارتی زمانی که فشار آب منفذی بخاطر زهکشی کاهش میابد تنش وارده به صورت تدریجی از آب منفذی به ساختار دانه ای رسوبات منتقل میشود و همزمان با کاهش فشار آب منفذی وزن موثر رسوبات در منطقه نیمه اشباع یتدریج افزایش مییابد(Adrian et al ,1999) .
در چنین شرایطی یک تراکم غیر الاستیک به دلیل افزایش تنش موثر در خاک رخ داده و چیدمان دانه های خاک بهم خورده و چیدمان جدید باعث کاهش حجم و ضخامت عمودی لایه و در نهایت نشست میگردد. (Bell,1999).
برداشت بی رویه آب های زیر زمینی استان اصفهان از یک سو و کاهش نزولات جوی از سوی دیگر، خسارات جبران ناپذیری را به استان اصفهان تحمیل کرده است .
پایین رفتن آب چاهها و منابع آب زیر زمینی از سوی دیگر باعث افت کیفی آب و شور شدن آن شده، مسئله ای که تهدیدی برای کشاورزان منطقه نیز به شمار می رود.
فن تداخل سنجی راداری به طور گسترده ای برای اندازه گیری های جابه جایی پوسته زمین یا حرکت اجرام سطحی در مقیاس های محلی در منظرهای مشاهده شده از ماهواره های مربوط استفاده میشود.
با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداری و تصاویر دریافتی از سازمان فضایی اروپا ESA وبا استفاده از باند C با طول موج 5.6 سانتی متر میزان subsidence و uplift دشت مهیار اصفهان مورد برسی و محاسبه قرار میگیرد .
دشت مهیار اصفهان با مساحت حدود 850 کیلومتر مربع بین طولهای جغرافیایی 45,51 تا 52،20 شرقی و عرض های جغرافیایی 32 درجه تا 32،25 شمالی قرار دارد و بصورت دره ای باریک با عرض حدود 20 کیلومتر و روند شمال شرقی – جنوب غربی در دامنه جنوبی در دامنه جنوبی پارک ملی کلاه قاضی واقع شده است . این دشت از سه جهت شمال ، جنوب و غرب توسط ارتفاعاتی که همگی روند شمال غربی - جنوب شرقی دارند محصور شده و از سمت شرق هم به تپه های ماهوری روستای ورزنه و باتلاق گاو خونی محدود میشود .
میزان فرونشست زمین و داده های آب منطقه ای اصفهان و محاسبه نمودار بدست آمده و برسی کاربری منطقه مورد مطالعه که بخش کشاورزی دشت مهیار را شامل میشود حاکی از مصرف بی رویه آبهای زیر زمینی در منطقه میباشد و ایجاد چاههای غیر مجاز در دشت مهیار اصفهان میباشد که این موضوع مدیریت بهینه تری در منابع آبهای زیرزمینی بعنوان تنها منابع کشاورزی قابل برداشت در زمان خشکسالی میباشد را می طلبد.
دشت های بحرانی استان اصفهان شامل اردستان، کاشان، مهیار شمالی و جنوبی، دق سرخ، برخوار، باد خالد آباد، طرق ابیازن است که در تمام این مناطق آثار فرونشست یا پیشروی سفره آب شور به سمت سفره آب شیرین دیده میشود.
- تغیر ناهمسان در ازتفاع وشیب رودخانه ها و آبراهه ها و سازههای انتقال آب 2-شکست وبیرون زدگی لوله جدار چاه ها و در نتیجه تنش های تراکمی ناشی از تراکم آبخوان ها و ایجاد اختلال در بهره برداری منابع زیرزمینی وماسه دهی چاهها 3- پیشروی امواج در مناطق پست ساحلی 4- کاهش برگشت ناپذیر تمام یا بخشی از مخازن آب زیرزمینی در نتیجه از بین رفتن یا کاهش تخلخل مفید نهشته ها 5- کاهش بازدهی یا ایجاد تخریب در شریانهای حیاتی و سازههای مهم در بین عوامل موثر در ایجاد فرونشست ، به نظر میرسد که برداشت بیش از حد مجاز منابع آب زیر زمینی ، ضخامت لایه های رسوبی و ویژگی های مهندسی رسوبات ، عوامل اصلی ایجاد فرونشست در بیشتر دشتهای ایران هستند.
مناطقی که هم اکنون در شرایط بحرانی ایجاد فرو چاله ها و فرونشست قرار دارند شامل دشت کبودر آهنگ همدان ، ورامین ، نظر آباد ، دشت تهران ، دشت مشهد و نیشابور ، دشت های کرمان واصفهان و قزوین میباشند.
با استفاده از زوج تصویر راداری وتعیین میزان فرونشست و تعیین محل دقیق آن و عوامل پیدایش چنین خطر زیست محیطی در دشت مهیار اصفهان میتوان در سیستم های مدیریتی استفاده از منابع آب و ار تباط آن با چاههای آب و میزان آب زیر زمینی برداشت شده مدلی را تعیین کرد که میتوان پیش بینی کرد با جلوگیری نکردن از کاهش آبهای زیر زمینی در منطقه دشت مهیار اصفهان در سالهای آتی به نتایجی خواهیم رسید.
پدیده فرونشست زمین شامل فروریزش یا نشست رو به پائین سطح زمین است که میتواند دارای بردار اندک جابجایی افقی باشد. حرکت از نظر شدت ، وسعت و میزان مناطق درگیر محدود نبوده و فرونشست می تواند در اثر پدیده های طبیعی زمین شناختی مانند انحلال ، آب شدن یخها و تراکم نهشته ها ، حرکت های آرام پوسته و خروج گدازه از پوسته جامد زمین و یا فعالیتهای انسانی نظیر معدنکاری ، برداشت آبهای زیرزمینی و یا نفت ایجاد شود. از نظر یونسکو این پدیده عبارت است از فروریزش یا نشست سطح زمین که به علتهای متفاوتی در مقیاس بزرگ روی می دهد. به طور معمول این اصطلاح به حرکات قائم رو به پایین سطح زمین که می تواند با بردار اندک افقی همراه باشد گفته میشود.پدیده یاد شده، زمین‌لغزه‌ها (Landslide) را که حرکت آنها دارای بردار افقی قابل توجهی بوده و همچنین نشست(Settlement) در خاکهای دستی را شامل نمی‌شود.
جهت تعیین میزان فرونشست زمین میتوان با استفاده از تداخل سنجی راداری و با استفاده از تکنیک D-insar وبا استفاده از نرم افزار sarscap به برسی میزان فرونشست منطقه مورد نظر پرداخت. اصول این تکنیک اولین بار توسط گراهام در سال 1974 بیان گردید.
تداخل سنجی تفاضلی راداری تغییرات فاز را از دو زوج تصویر راداری که در زمان های متفاوت اخذ شده اند محاسبه نموده و مبتنی بر آنها تغییرات بوجود آمده در پوسته زمین را آشکارا بصورت کمی و کیفی بیان می کند.از اوایل دهه 1990 با عملیاتی شدن ماهواره های راداری,تداخل سنجی راداری نیز بصورت گسترده مورد استفاده متخصصان علوم زمین قرار گرفت.ازاین تکنیک برای اندازه گیری جابجایی های حاصل شده از زمین لرزه,آتشفشان,حرکات توده ای,جابجایی یخچال ها و پدیده های فرونشست و روراندگی استفاده شده است.آسیبهای ناشی از فرونشست عبارتند از :
بیان مسأله ( تشریح ابعاد ، حدود مسأله ، معرفی دقیق مسأله ، بیان جنبه های مجهول و مبهم و متغیر های مربوط به پرسش های تحقیق ، منظور تحقیق )
ب . روش گرد آوری اطلاعات ( میدانی ، کتابخانه ای و
- در صورت داشتن هدف کاربردی بیان نام بهره وران ( اعم از موءسسات آموزشی و اجرایی و غیره ) :
شهر داری ها ,وزارت راه و شهر داری ها با اطلاع از مناطق دارای فرونشست و خطرهایی که این مناطق را تهدید می کنند اقدام به حفاری و ایجاد تونل برای خطوط مترو و یا معابر شهری و همچنین احداث پل و تاسیسات رو گذر در مناطق دارای فرو نشست نمی کنند.یکی از ارگان های تاثیر گذار شرکت های آب منطقه ای هستند که با جلوگیری از ایجاد چاه آب جدید در مناطقی که به دلیل استخراج بی رویه آب دارای فرو نشست هستند مانع از افزایش نرخ فرونشست در منطقه می شوند
۱۰- جنبهء نوآوری و جدید بودن تحقیق در چیست ؟ ( این قسمت توسط راهنما تکمیل شود . )
کار با رادار از جمله روشهای بسیار ارزشمندی برای تعیین وضعیت تغییرات زمین است و این کار با توجه به جدید بودن آن می تواند مورد توجه سازمانهای مدیریت شهری قرار گیرد.
١١- روش کار
الف – نوع روش تحقیق : با استفاده از پردازش تصاویر راداری در محیط های نرم افزاری و استفاده از تکنیک تداخل سنجی مناطقی که دارای فرو نشست هستند مشخص شده و همچنین میزان این فرونشست تعیین می شود,این نتایج با اطلاعات مکانی حاصل از برداشت های میدانی مورد بررسی و تجزیه تحلیل قرار میگیرد و به این صورت عوامل به وجود آورنده و تاثیر گذار مشخص می شوند
فرضیه ها ( هر فرضیه به صورت یک جمله خبری نوشته شود . )
یکی از عوامل مهم تاثیرگذار برپدیده فرونشست بر داشت از آب های زیر زمینی منطقه می باشد.
ارتباطی بین وضعیت هیدرولوژیکی منطقه و نتایج حاصل از D-insar وجود دارد.- اهداف تحقیق ( شامل اهداف علمی ١ ، وکاربردی ٢ و ضرورت های ٣ خاص انجام تحقیق )
٦- سوابق مربوط ( بیان مختصر سابقهء تحقیقات انجام شده دربارهء موضوع و نتایج به دست آمده در داخل و خارج از کشور نظر های علمی موجود دربارهء موضوع تحقیق )
۱ تحقیق بنیادی پژوهشی است که به کشف ماهیت اشیاء ، پدیده ها و روابط بین متغیر ها ، اصول ، قوانین و ساخت یا آزمایش تئوری ها و نطریه ها می پردازد و به توسعهء مرزهای دانش رشتهء علمیمی نماید .
۲ تحقیق نظری : نوعی پژوهش بنیادی اتست و از روش های استدلال و تحلیل عقلانی استفاده می کند و برپایهء مطالعات کتابخانه ای انجام می شود .
٣- تحقیق کاربردی : پژوهشی است که با استفاده از نتایج تحقیقات بنیادی به منظور بهبود و به کمال رساندن رفتارها ، روش ها ، ابزارها ، وسایل ، تولیدات ، ساختار ها و الگو های مورد استفادهء جوامع انسانی انجام می شود .
٤ تحقیق عملی : پژوهشی است که با استفاده از تنایج تحقیقات بنیادی و با هدف رفع مسائل و مشکلات جوامع انسانی انجام
می شود .
فرو نشست در یک منطقه می تواند باعث ایجاد خسارت های جانی و مالی بدلیل آسیب به تاسیسات,مناطق مسکونی و زمین های کشاورزی شود .با شناسایی عوامل به وجود آورنده و همچنین تعیین مقدارو منطقه تحت تاثیرفرونشست می توانیم میزان این خسارت را از بین برده یا خسارت ناشی از آن را حداقل نماییم
با گسترش علم سنجش از دور راداری این امکان به وجود آمده که پدیده فرونشست زمین را بتوان در ابعاد وسیعی با هزینه بسیار پایین در مدت زمان بسیار کمی بررسی کرد و نرخ رشد آن را اندازه گیری کرد و سپس از بروز خسارات جانی و مالی بسیار جلوگیری کرد .
در مناطقی که مستعد فرونشست هستند با تغییر وضعیت تپو گرافی منطقه مواجه هستیم که این خود با عث بوجود آمدن چاله های وسیع وبزرگی میشود که بدون جلوگیری از برداشت بی رویه آبهای زیر زمینی ممکن نمیباشد. واین مستلزم مدیریت و برنامه ریزی های بهینه مسئولین استان میباشد.- در صورت داشتن هدف کاربردی بیان نام بهره وران ( اعم از موءسسات آموزشی و اجرایی و غیره ) :
شهر داری ها ,وزارت راه و شهر داری ها با اطلاع از مناطق دارای فرونشست و خطرهایی که این مناطق را تهدید می کنند اقدام به حفاری و ایجاد تونل برای خطوط مترو و یا معابر شهری و همچنین احداث پل و تاسیسات رو گذر در مناطق دارای فرو نشست نمی کنند.یکی از ارگان های تاثیر گذار شرکت های آب منطقه ای هستند که با جلوگیری از ایجاد چاه آب جدید در مناطقی که به دلیل استخراج بی رویه آب دارای فرو نشست هستند مانع از افزایش نرخ فرونشست در منطقه می شوند
- جنبهء نوآوری و جدید بودن تحقیق در چیست ؟ ( این قسمت توسط راهنما تکمیل شود . )
کار با رادار از جمله روشهای بسیار ارزشمندی برای تعیین وضعیت تغییرات زمین است و این کار با توجه به جدید بودن آن می تواند مورد توجه سازمانهای مدیریت شهری قرار گیرد.
روش کار
الف – نوع روش تحقیق : با استفاده از پردازش تصاویر راداری در محیط های نرم افزاری و استفاده از تکنیک تداخل سنجی مناطقی که دارای فرو نشست هستند مشخص شده و همچنین میزان این فرونشست تعیین می شود,این نتایج با اطلاعات مکانی حاصل از برداشت های میدانی مورد بررسی و تجزیه تحلیل قرار میگیرد و به این صورت عوامل به وجود آورنده و تاثیر گذار مشخص می شوند
پ . ابزار گرد آوری اطلاعات ( پرسشنامه ، مصاحبه ، مشاهده ، آزمون ، فیش ، جدول ، نمونه برداری ، تجهیزات آزمایشگاهی و بانک های اطلاعاتی و شبکه های کامپیوتری و ماهواره ای و غیره ) :
ابزارگردآوری شامل مشاهدات میدانی و بررسی وضعیت سطحی زمین در منطقه,استفاده از نقشه های زمین شناسی و توپوگرافی ,استفاده از داده های مربوط به مطالعات ژئوالکتریک منطقه می باشد و آمار واطلاعات آب منطقه ای استان اصفهان در خصوص تعداد چاه های حفرشده در منطقه دشت مهیار اصفهان میباشد.
ب . روش گرد آوری اطلاعات ( میدانی ، کتابخانه ای و غیره ) :
اطلاعات به صورت برداشتهای میدانی,استفاده از لایه های اطلاعاتی رقومی مربوط به منطقه,پردازش تصاویر سنجنده راداری ASAR ماهواره ENVISAT استفاده از داده های مربوط به سطح ایستابی منطقه و نقشه های مربوط به لایه های زمین شناسی و اطلاعات آماری آب منطقه ای استان اصفهان حاصل میشود.
فصل دوم:
فرو نشست
1 1 تاریخچه بررسی فرو نشست در جهان :
بر اساس اطلاعات کارگروه فرونشست در سازمان یونسکو IHP)) قدیمی ترین فرونشست شناخته شده در ایالت آلابامای ایالات متحده در سا ل ۱۹۰۰ میلادی بوقوع پیوسته است . اساس مطالعات این کار گروه بررسیهای تفضیلی بر روی ۴۲فرونشست در ۱۵کشور جهان بوده است . از حدود سال ۱۹۶۵ ، یونسکو اولین برنامه جهانی خود را برای چرخه های آبشناختی تحت عنوان دهه جهانی آبشناسی آغاز نمود که در سالهای بعد مطالعه فرونشستها به یکی از موضوعهای اصلی آن تبدیل گشت . در آوریل ۱۹۷۵ گروه کاری فرونشست در پاریس شکل گرفت که اساس کار آن بررسی ارتباط این پدیده با آبهای زیر زمینی بود از آن تاریخ تا به امروز بررس ی های بیشتری در این زمینه در کشور های پیشرفته به ویژه در ایالات متحده و ژاپن انجام شده اس ت که نتیجه آن کنترل شدید مصرف آب و تغییر در الگوی مصرف و توقف فرونشست ها در بسیاری از موارد بوده است. در این بررسی ها از روشها وتکنیکهای جدید مانند سیستمهای مکان یابی جغرافیایی پیشرفته GPS)) ، SAR)&InSar) برای مکان یابی فرونشستها به صورت گسترده ای استفاده شده که نمونه آن در زیر ارائه گردیده است.
فرو نشست زمین از فشرده سازی آرام رسوبات ناشی میشود که یکی از خطرناکترین پدیده ها در طبیعت است. فرونشست حرکت سطح زمین به سمت پایین نسبت به یک دیتوم مانند سطح در یا می باشد.
این تغییر ارتفاع می تواند در اثر فعالیتهای انسانی مانند تونل سازی ، معدن کاوی ،استخراج آبهای زیر زمینی، استخراج نفت وگازهای طبیعی و ... باشد. .از دیگر دلایل فرونشست می تواند فعالیت گسلها باشد. استخراج بی رویه آبهای زیر زمینی یکی از دلایل عمده فرونشست در ایران
می باشد.
1-2 تاریخچه مطالعه فرونشست در کشور :
با توجه به مصرف بی رویه آب در سطح کشور و داده های پراکنده مربوط به پایین آمدن سطح آب زیر زمینی در کشور، تشخیص این که فرونشستها و پیامد های حاصل از آن به پدیده ای مشکل ساز در کشور تبدیل گشته، کار دشواری نیست. بررسی های موردی در بخش ها ی مختلف کشور نیز نمایانگر این امر می باشد . سازمان زمین شناسی کشور به عنوان مسئول بررسی مخاطرات زمین شناختی کشور پیشگام در مطالعه این پدیده و خطر های وابسته به آن در کشور بوده است . در ادامه برخی از بررسی های موردی انجام گرفته در این زمینه اشاره شده است.
دشت رفسنجان ،مشهدو کرمان که بسیاری از آثار پدیده فرونشست در آن دیده شده است و اولین گزارش این سازمان تحت عنوان " مطالعات فروریزش زمین در شمال غرب کرمان " در سال ۱۳۷۷ تهیه شده است .
دشت کبودرآهنگ و فامنین در استان همدان که فروچالهای متعددی در این دشت دیده شده و روند شکل گیری آنها حتی نیروگاه شهید مفتح را تهدید می نماید و گزارش آن تحت عنوا ن " بررسی ساز و کار فرونشستها و خطرات ناشی از آن در دشت کبودر آهنگ ، فامنین و همه کسی " که در سال ۱۳۸۱ تهیه شده است.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است )
Abstract
Subsidence phenomena is one of the natural disaster that caused by reduction of groundwater resources such as oil and etc.
One of the causes of land subsidence is reduction of stability level and increasing effective tension in aquifer sediments.
Mahyar lowlad is one of the important lowland in the province of Esfahan that by excessive withdrawal of groundwater confronted subsidence phenomena which had growth rate of subsidence in the recent years.
Existence of subsidence in a lowland or part of land , damages network of road , urban water and sewage system and technical buildings and municipal buildings.
In this survey by utilization of DINSAR technic and radar figures at 2008-2010, maximum rate of subsidence of Mahyar lowland was 22.4 Centimeters and maximum uplift of Mahyar lowland approximately 9.3 measured.
By evaluating level reduction of groundwater charts of lowland Mahyar of Esfahan, that provided by Regional Water of Isfahan Province Co. data . We can express the cause of subsidence of Mahyar Lowland that is” Failure management of underground water resources in Esfahan”
By using InSAR, and reaping color ranges and counting and calculating number of provide ranges and outlet of DN figures, amount of subsidence and uplift of region will be calculated and regarding to the Giorgio Dvali theory will be effective for better conclusion in this research.
Keywords:(Mahyar Lowland, subsidence, uplifting, aquifer, InSAR, interferogram)