پردازش خودکار بر مبنای فن تداخل سنجی با پراکنشگرهای دائمی جهت پایش فرونشست (مطالعه موردی: آبخوان هرات و مروست)

پیشینه و هدف یکی از مسائلی که در اثر برداشت آب زیرزمینی اتفاق می افتد نشست زمین (Land subsidence) است. این وضعیت اکنون در بسیاری از نقاط خشک و نیمه خشک ایران و بویژه استان یزد گزارش شده است. به علاوه، در دهه های اخیر توسعه ناهمگن اراضی کشاورزی و استخراج بی رویه از آب های زیرزمینی مخازن آبخوان های هرات و مروست در استان یزد باعث بروز پدید فرونشست زمین در پیرامون اراضی کشاورزی شده است. بالا آمدن جداره فلزی میله چاه های عمیق، شکاف های افقی بر روی سطح زمین به طور مستقیم نشان دهنده میزان فرونشینی سطح است. تشخیص و نمایان سازی نواحی که به دلیل خطرپذیری و به مخاطره انداختن زندگی، مستعد فرونشست هستند ضروری است..از سوی دیگر باید توجه داشته باشیم که تاثیرات فرونشست ممکن است به وسیله دیگر فعالیت های طبیعی در ناحیه همچون فعالیت های آتشفشانی، زمین لرزه ها و زمین لغزش ها تسریع شود و با توجه به لرزه خیز بودن مناطق زیادی از کشور ما توجه به این پدیده اهمیت ویژه ای دارد. امروزه یکی از دقیق ترین و کم هزینه ترین روش ها برای شناسایی حرکات سطح زمین، فن تداخل سنجی راداری است. این روش با مقایسه فازهای دو تصویر راداری که از یک منطقه در دو زمان متفاوت اخذ شده اند، قادر به تعیین تغییرات سطح زمین با دقت و توان تفکیک مکانی در حد سانتی متر و حتی میلی متر در آن بازهی زمانی خواهد بود. در این مقاله ما برای نخستین بار با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنتینل-۱ و نرم افزارهای منبع باز سعی در پایش وجود فرونشست زمین در آبخوان های هرات و مروست نمودیم. در این تحقیق، سعی داریم با به به کارگیری داده های سری زمانی حس گر سنتینل-۱ که تاکنون در مطالعه فرونشست مناطق موردمطالعه استفاده نشده است به اهداف زیر دست یابیم. هدف پژوهش حاضر، اجرا کردن فن تداخل سنجی با پراکنش کننده های دائمی با استفاده از پکیج یکپارچه SNAP۲StaMPS است. هدف دیگر می توان به برآورد نرخ فرونشست با پردازش مجموعه ای از تصاویر سنجنده سنتینل-۱ در بازه زمانی ۲۰/۰۲/۲۰۱۷ تا ۱۰/۰۲/۲۰۱۹، تقریبا دوساله سری زمانی است. و هدف آخر بررسی پتانسیل داده این حس­گر در تحلیل سری زمانی و پایش تغییرات حاصل از فرونشست زمین بود.مواد و روش ها آبخوان هرات و مروست درواقع مناطق موردمطالعه در این تحقیق شامل، آبخوان هرات و مروست واقع در استان یزد می باشند. آبخوان هرات و مروست ازنظر زمین شناسی بخشی از زون های زاگرس (افیولیت، رادیولاریت) و سنندج- سیرجان هستند. مناطق مورد مطالعه موجود در حوضه درجه ۲ آبریز کویر ابرقو و سیرجان با کد ۴۴ و مساحتی برابر با ۵۷۱۲۵.۳ کیلومترمربع واقع شده است. در این پژوهش تعداد ۲۴ داده مربوط به سنجنده سنتینل-۱، در سطح تصویر مختلط تک منظر، گذر بالا، قطبش VV و شماره قطعه ۹۳ مربوط به بازه زمانی تقریبا دوساله را در هر دو منطقه موردمطالعه مورد پردازش قرار گرفت. به طورکلی، قسمت اعظم پروسه پردازش و تحلیل سری زمانی تداخل سنجی با پراکنش کننده های دائمی (PSI) در این مقاله توسط دو نرم افزار متن باز اسنپ و استمپس صورت گرفت گرفت. درنهایت، برای خودکار نمودن مراحل تداخل سنجی از نوع تک مرجع، از مجموعه ای کد نوشته به زبان برنامه نویسی پایتون به نام SNAP۲StaMPS که به خوبی بر اساس گراف های نرم افزار اسنپ طراحی شده است، استفاده شد.نتایج و بحث یکی از نتایج پردازش تداخل سنجی به اساس الگوریتم خودکار SNAP۲StaMPS در این پژوهش، تولید تداخل نگاشت که فاز توپوگرافی از روی آن ها حذف شده است، بود. از دیگر نتایج شاخص پراکندگی انحراف استاندارد برای نقشه متوسط جابجایی، هر دو آبخوان هرات و مروست به ترتیب برابر با ۴.۱۹ و ۳.۶۵ میلی متر در سال بود. همچنین از نتایج اصلی در این پژوهش برآورد نقشه متوسط جابجایی، آبخوان هرات بین -۴۰.۳۳ تا ۱۱.۴۶ میلی متر در سال و برای آبخوان مروست بین -۳۹.۷۹ تا ۱۰.۶۳ میلی متر در سال در راستای دید ماهواره در طول بازه زمانی موردمطالعه (۲۰۱۷ تا ۲۰۱۹) به دست آمد. بدین منظور ناحیه های به صورت تصادفی و ناحیه های نیز بر اساس شواهد میدانی فرونشست در هر دو محدوده مطالعاتی انتخاب شدند نواحی مربوط به آبخوان هرات شامل، ۱) قنات سفید و ۲) شمال چشمه علی و ۳) شهر هرات و نواحی ۴) قنات شوشوران ۵) چاه حاجی آباد ناصری و ۶) شهر مروست، مربوط به آبخوان مروست را می توان نام برد. در این مقاله با توجه عدم وجود ابزارهای تخصصی، جهت ارزیابی و صحت سنجی تنها راه بررسی نتایج، انطباق آن با شواهد زمینی فرونشست، نمودار­های سری زمانی و هیدرو گراف واحد آبخوان است.  با توجه به نتایج هیدرو گراف واحد آبخوان­های آبرفتی هرات و مروست، سطح آب زیرزمینی در آبخوان هرات در طول دوره ۸ ساله از سال ۱۳۹۰ تا ۱۳۹۸ بر اساس داده های ۲۸ چاه مشاهده ای در حدود ۵.۵ متر افت نموده است، برای آبخوان محدوده مطالعاتی مروست این هیدرو گراف نشان دهنده افت آب زیرزمینی در حدود ۷ متر در طی دوره هشت ساله هست. نتایج سری زمانی حاصل از تداخل سنجی تصاویر مورداستفاده در این مقاله، نشان دهنده شیب خط برازشی که درواقع میزان وجهت جابجایی (به سمت بالا یا پایین) را نشان می دهد، حاکی یک روند نزولی رو به پایین در ناحیه شماره دوم (قنات سفید از آبخوان هرات) و پنجم (قنات شو شوران از آبخوان مروست) به ترتیب میزان آن برابر با حدود ۵ و ۷ سانتی متر را نشان می دهند. که این نتایج ارتباط معنی داری با هیدرو گراف واحد هر دو آبخوان دارد.نتیجه گیری در این تحقیق، برای برآورد نرخ پدیده فرونشست در آبخوان های هرات و مروست از استان یزد، از فن تداخل سنجی با پراکنش گرهای دائمی با استفاده از داده های سنجنده سنتینل-۱ و پکیج منبع باز SNAP۲StaMPS، استفاده شد. همچنین، پتانسیل نرم­افزارهای استمپس و اسنپ جهت پردازش تداخل سنجی راداری بررسی شد، و همچنین جزئیات اجرای بسته نرم افزاری استپ به استمپس را نشان داده شد. به طور کلی، بر اساس خروجی­های پردازش شده از این پکیچ و نتایج حاصل از صحت سنجی می­توان به توانایی روش خودکار ارائه شده در این پژوهش جهت پایش فرونشست پی برد و از این الگوریتم در مناطق مطالعاتی دیگر استفاده کرد. 

کلیدواژه ها:

ماهواره سنتینل-۱ ، فرونشست زمین ، تداخل سنجی تفاضلی(DInSAR) ، آبخوان هرات و مروست ، تداخل سنجی با پراکنش گرهای دائمی (PSI)