بخشی از مقاله
چکیده
فرونشست زمین در اثر استخراج بی رویه منابع زیر زمینی ، یکی از رویدادهایی است که در ایران به وفور مشاهده شده است . این پدیده در صورت عدم مدیریت صحیح ، می تواند خسارات جبران ناپذیري را براي مناطق دچار این پدیده ایجاد کند. شناسایی مناطق فرونشست و برآورد نرخ آن مسلما نقش بسزایی در مدیریت وکنترل این پدیده خواهد داشت .
امروزه،تداخل سنجی راداري ، به عنوان تکنیکی که جابجایی سطح زمین را با دقت و توان تفکیک بالا برآورد می کند، ابزار متداولی براي بررسی تغییر شکل سطحی زمین در اثر عوامل مختلف ، از جمله فرونشست زمین می باشد. در این مقاله ضمن معرفی روشهاي ژئودتیکی موجود به منظور اندازه گیري نرخ فرونشست ، مطالعه موردي بر فرونشست یزد انجام شده است.
-1 مقدمه
فرونشست حرکت سطح زمین به سمت پایین نسبت به یک دیتوم مانند سطح در یا می باشد. این تغییر ارتفاع می تواند در اثر فعالیتهاي انسانی مانند تونل سازي ، معدن کاوي ،استخراج آبهاي زیر زمینی ، استخراج نفت وگازهاي طبیعی و ... باشد.از دیگر دلایل فرونشست می تواند فعالیت گسلها باشد. [4 ] استخراج بی رویه آبهاي زیر زمینی یکی از دلایل عمده فرونشست در ایران می باشد.
بر اساس اطلاعات کارگروه فرونشست در سازمان یونسکو قدیمی ترین فرونشست شناخته شده در ایالت آلاباما ى ایالات متحده در سال1900 میلادى بوقوع پیوسته است . اساس مطالعات این کار گروه بررسیهاى تفضیلی بر روى 42 فرونشست در 15 کشور جهان بوده است . از حدود سال 1965 ، یونسکو اولین برنامه جهانی خود را براى چرخه هاى آب شناختی تحت عنوان دهه جهانی آبشناسی آغاز نمود که در سالهاى بعد مطالعه فرونشستها به یکی از موضوعهاى اصلی آن تبدیل گشت . در آوریل 1975 گروه کارى فرونشست در پاریس شکل گرفت که اساس کار آن بررسی ارتباط این پدیده با آبهاى زیر زمینی بود .
از آن تاریخ تا به امروز بررسی هاى بیشترى در این زمینه در کشور هاى پیشرفته به ویژه در ایالات متحده و ژاپن انجام شده است که نتیجه آن کنترل شدید مصرف آب و تغییر در الگوى مصرف و توقف فرونشست ها در بسیارى از موارد بوده است . در ایران نیز پدیده فرونشست بالاخص در اثر استخراج بی رویه آبهاي زیر زمینی به وفور مشاهده شده است.
با توجه به مصرف بی رویه آب در سطح کشور و داده هاى پراکنده مربوط به پایین آمدن سطح آب زیر زمینی در کشور ، فرونشستها و پیامد هاى حاصل از آن به پدیده اى مشکل ساز در کشور تبدیل گشته است . بررسی هاى موردى در بخش هاى مختلف کشور نیز نمایانگر این امر می باشد . براي نمونه می توان به فرونشستهاي دشت رفسنجان ، مشهد، کرمان ، دشت کبودرآهنگ و فامنین در استان همدان و جنوب غربی تهران اشاره نمود.
به منظور تشخیص وکنترل مناطق فرونشست ازتکنیکهایی همچون تداخل سنجی راداري ، GPS وترازیابی دقیق استفاده می شود . تداخل سنجی راداري با پوشش وسیع و رزولیشن مکانی بالا در کنار GPS با رزولیشن زمانی بالاوترازیابی دقیق با دقت بالا می تواند منبع مناسبی براي بررسی حرکات سطح زمین باشد. در دو دهه اخیر، نشست و گیسختگی زمین در استان یزد ،عامل ایجاد خسارتهاي زیادي همچون گسیختگی جاده ها،شکسته شدن لوله هاي آب رسانی ،کج شدن دکلهاي برق وایجاد شکستگی در سازه ها شده است.
استخراج بی رویه آبهاي زیر زمینی منطقه عامل اصلی این فرونشست می باشد. در این مقاله ، نرخ فرونشست یزد و محدوده آن مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
در این مقاله در قسمت دوم پدیده فرونشست و عواقب آن معرفی می شود، سپس در قسمت سوم ابزارهاي ژئودتیکی موجود براي اندازه گیري این پدیده معرفی می شود. در قسمت چهارم مطالعه موردي که براي بررسی فرونشست یزد با استفاده از تکنیک تداخل سنجی راداري و ترازیابی دقیق انجام شده است ، ارائه می گردد . در قسمت پنجم، به بررسی علت فرونشست پرداخته و نهایتا در قسمت آخر نتیجه گیري و پیشنهادات خواهد آمد.
-2 فرونشست زمین ، خطرهاي موجود و راهکار مقابله با آن
گسترش بی رویه بهره بردارى از منابع زیر زمینی همچون آب ، نفت وگاز و ... در مقاصد کشاورزى وصنعت، با اثرات نامطلوب زیادى درجنبه هاى کمی و کیفی همراه بوده است. بدین ترتیب استفاده عقلانی و مدیریت پایدار بهره بردارى از منابع زیرزمین امري آشکار به نظر می رسد. طبق تعریف انستیتو زمین شناسی ایالات متحده ، پدیده فرونشست زمین شامل فروریزش یا نشست رو به پائین سطح زمین است که می تواند داراى بردار جابجایی افقی اندك باشد.
حرکت از نظر شدت ، وسعت و میزان مناطق درگیر محدود نمی باشد و فرونشست می تواند در اثر پدیده هاى طبیعی زمین شناختی مانند انحلال ، آب شدگی یخها و تراکم نهشته ها ، حرکات آرام پوسته و خروج گدازه از پوسته جامد زمین و یا فعالیتهاى انسانی نظیر معدن کارى ، برداشت آبهاى زیرزمینی و یا نفت ایجاد شود. گرچه ممکن است در مناطق درحال فرونشست، خرابی به میزان گسترده مشاهده نشود و حتی آثار سطحی حاصل از آن نیز براحتی قابل تشخیص نباشد، اما با این وجود بطور معمول خسارتهاى ناشی از فرونشست ها و شکافهاى زمین ترمیم ناپذیر ، پر هزینه و مخرب می باشند .
به عنوان نمونه فرونشستها می توانند موجب تخریب سیستمهاى آبیارى و خاکهاى حاصلخیز کشاورزى - با پایین آوردن تخلخل آنها - ، خسارت به چاهها در منطقه هاى فرونشست روستایی و شهرى،تغییر هیدرولوژي منطقه و ایجاد سیلاب ، شوند . مناطق شهرى به دلیل تراکم جمعیت ، ساختمانها و شریان هاى حیاتی به طور ویژه آسیب پذیرتر می باشند .
این پدیده می تواند به خیابانها، پلها و بزرگراهها آسیب زده ، خطوط آبرسانی ، گاز و فاضلاب را مختل کرده ، به پی ساختمانها آسیب رسانده ، موجب ترك در آنها گردد . در این حالت سازه هایی که وسعت زیادتر و ارتفاع بیشترى دارند آسیب پذیرترند .به عنوان نمونه خطوط راه آهن ، سدهاى خاکی ، تصفیه خانه ها و کانالها ازآسیب پذیرى زیادترى برخوردار هستند. [4 ] مکان یابی و اندازه گیرى میزان فرونشست می تواند نقش موثري در مدیریت این پدیده و مدلسازي آن به منظور پیش بینی ایفا نماید.
-3 تعیین و اندازه گیري فرونشست با استفاده از روشهاي ژئودتیکی
به منظور تشخیص وکنترل مناطق نشست خیز ازتکنیکهایی همچون تداخل سنجی راداري ، GPS وترازیابی دقیق استفاده می شود . تکرار مشاهدات ترازیابی دقیق یکی از قدیمی ترین و با دقت ترین روشهاي ژئودتیکی به منظور کنترل و بررسی فرونشست می باشد . در این روش ، با ثابت فرض کردن ارتفاع نقاط خارج از محدوده فرونشست می توان به تغییرات ارتفاعی نقاط ترازیابی دست یافت. ترازیابی دقیق در کنارمزیت دقت بالا با محدودیتهاي اندازه گیري فرونشست بصورت نقطه اي و هزینه بالا مواجه است.
از آنجا که در ایران شبکه درجه یک ترازیابی دقیق داراي 2 اپک مشاهداتی است ، تغییرات ارتفاعی مسیرهاي درجه یک ترازیابی دقیق قابل بررسی است. براساس این بررسی با استفاده از این مشاهدات نرخ فرونشستهاي مناطقی همچون توس، نیشابور، کاشمر، کرمان ، یزد و ... آشکار شد. [2 ] یکی دیگر از منابع ژئودتیکی اندازه گیري فرونشست، استفاده از مشاهدات GPS است. استفاده از این مشاهدات به 2 صورت مشاهدات ناپیوسته1 و مشاهدات پیوسته ایستگاههاي دایمی امکان پذیر است .
استفاده از مشاهدات پیوسته ایستگاههاي دایمی، داراي مزیت بررسی رفتار زمانی فرونشست است، اما در هر صورت استفاده از مشاهدات GPS نیز با مشکلات اندازه گیري فرونشست بصورت نقطه اي - در ایستگاه مشاهداتی - و هزینه بالا مواجه است . پس از پردازش داده هاي مربوط به طرح ژئودینامیک سراسري و بررسی نتایج و تعیین تغییرات زمانی موقعیت مکانی ایستگاه ها، مناطق ایستگاههاي قره قشلاق، توس، گرگان، نیشابور، نجم آباد، سیاه بیشه و فرودگاه امام فرونشست قابل توجهی را نشان دادند. [5 ] در مورد فرونشست استان یزد، از آنجا که ایستگاههاي ژئودینامیک خارج از محدوده فروشست بودند، نتوانستیم از مشاهدات شبکه ژئودینامیک براي بررسی این فرونشست استفاده کنیم.
امروزه تکنیک تداخل سنجی راداري به عنوان یک تکنیک متداول براي اندازه گیري تغییر شکل سطحی پوسته زمین شده است. پوشش سراسري و رزولیشن خوب تصاویر راداري و دقت قابل قبول این روش ، این تکنیک را به عنوان ابزار نیرومندي براي مطالعه پدیده هاي مختلف زمین شناسی همچون زلزله ، نشست ، زمین لغزش و ... مطرح کرده است . تداخل سنجی راداري تفاضلی2 جابجایی سطح زمین را با دقت ارتفاعی سانتی متر و رزولیشن مکانی چند ده متر در منطقه اي به وسعت 10000 کیلومتر مربع اندازه گیري می کند.
با استفاده ازتداخل سنجی تفاضلی می توان تغییرات سطح زمین را برآورد کرد.با این تکنیک به صحت در حد میلی متر یا سانتی متر براي سرعت تغییر شکل زمین می توان دست یافت .اختلاف فاز یک اینترفراگرام پس از حذف اثرات توپوگرافی و مداري و اتمسفري ، با مقدار جابجایی سطحی در راستاي خط دید ماهواره در این رابطه δρ مقدار جابجایی سطح زمین در راستاي خط دید ماهواره است ، در حالتی که از اینترفراگرامها در مناطقی که دچار فرونشست هستند استفاده می شود و در این مناطق می توان فرض نمود که زمین دچار تغییر شکل مسطحاتی نیست ، می توان از تصویر کردن δρ در راستاي قائم به مولفه تغییر ارتفاعی ناشی از فرونشست دست یافت.
