بررسی ارتباط بین فرونشست زمین و سطح آب زیرزمینی با روش تداخل سنجی راداری (مطالعه موردی: آبخوان مرودشت، استان فارس)

چکیده مبسوط مقدمه: پدیده فرونشست زمین از مخربترین مخاطرات پنهان محیطی است که در اثر عوامل مختلف ایجاد می‎شود. این پدیده در سال­های اخیر به صورت چشمگیری در کشور در حال رخ دادن است. فرونشست زمین ممکن است در اثر فرآیندهای طبیعی مانند فعالیت های تکتونیکی و آتشفشانی رخ دهد. با این حال، در سال های اخیر، فعالیت های انسانی به ویژه برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی و وارد آوردن بارهای سنگین بر سطح زمین، به عنوان عوامل اصلی این پدیده شناخته می شوند. افزون بر این، تغییرات اقلیمی، کاهش میزان بارندگی و افزایش دمای هوا باعث کاهش منابع آب تجدیدپذیر شده اند که در نتیجه، وابستگی به آب های زیرزمینی افزایش یافته و این مسئله سبب تشدید پدیده فرونشست شده است. مواد و روش‎ها: در این پژوهش، تلاش شده است تا با بهره گیری از تکنیک های پیشرفته تداخل سنجی راداری، تغییرات سطح زمین در محدوده آبخوان مرودشت مورد بررسی و تحلیل قرار گیرد. برای این منظور، در گام نخست با استفاده از روش تداخل سنجی تفاضلی راداری (DInSAR) و به کارگیری تصاویر ماهواره ای سنتینل-۱A، نرخ فرونشست زمین در بازه زمانی ۲۰۲۲-۲۰۱۵ استخراج شد. سپس تغییرات تجمعی فرونشست در سطح آبخوان در کل بازه مورد مطالعه محاسبه شد. در ادامه، تغییرات میانگین سطح آب زیرزمینی طی دوره ای که با داده های تداخل سنجی هم پوشانی دارد، محاسبه گردید تا ارتباط و همبستگی میان افت آب زیرزمینی و میزان فرونشست زمین تحلیل شود. نتایج و بحث: نتایج حاصل از این پژوهش در آبخوان مرودشت، طی دوره زمانی ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۲، نشان دهنده روندی نگران کننده از فرونشست زمین در این منطقه است. بیشینه نرخ فرونشست سالانه در سال ۲۰۱۵ تا ۲۰۱۶ به ثبت رسیده که برابر با ۱/۲۴سانتی متر در سال بوده و نشان دهنده شدت بالای این پدیده در آن بازه زمانی است. بررسی روند کلی فرونشست طی این هفت سال، حاکی از آن است که به جز سال ۲۰۲۰-۲۰۱۹ که با افزایش چشمگیر نرخ فرونشست همراه بوده ، در سایر سال ها نرخ فرونشست با شیبی کاهشی مواجه بوده است. کمترین نرخ سالانه فرونشست در سال ۲۰۱۹–۲۰۱۸ و به میزان ۳/۱۶ سانتی متر ثبت شده است. مقایسه روند تغییرات سطح آب زیرزمینی با نرخ فرونشست زمین در سال های ۲۰۱۷-۲۰۱۶ و ۲۰۲۰-۲۰۱۹ بیانگر وجود یک رابطه مستقیم و معنادار میان افت سطح آب زیرزمینی و افزایش نرخ فرونشست است؛ به طوری که کاهش محسوس تراز آب زیرزمینی در این سال ها، با افزایش محسوس نرخ فرونشست همراه بوده است. از سوی دیگر ضریب تعیین بین تغییرات سطح آب زیرزمینی و فرونشست زمین درکل آبخوان و در مناطق دارای فرونشست برابر با ۲۶/۰ و ۵۰/۰ بوده که دارای همبستگی بالا و معنی‎داری بین این دو متغیر در آبخوان مرودشت است. همچنین این یافته به روشنی نقش مخرب برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی را در تشدید پدیده فرونشست تایید می کند. افزون بر این، تحلیل های فضایی نشان می دهد که بیشترین میزان فرونشست در نواحی مرکزی و جنوبی آبخوان رخ داده است؛ مناطقی که با تراکم بالای چاه های بهره برداری از منابع آب زیرزمینی شناخته می شوند. در مقابل، در محدوده های شهری مرودشت، که به سبب محدودیت های ساخت وساز و مقررات بهره برداری، تعداد چاه ها کمتر بوده، نشانه چشمگیری از فرونشست مشاهده نشده است. این موضوع اهمیت مدیریت اصولی منابع آب و نظارت دقیق بر فعالیت های بهره برداری را در کنترل و پیشگیری از فرونشست زمین به خوبی نمایان می سازد. نتیجه‎گیری: فرونشست زمین به عنوان یکی از مخاطرات جدی در آبخوان مرودشت، در بازه زمانی ۲۰۱۵ تا ۲۰۲۲ مورد بررسی قرار گرفت. نتایج این پژوهش نشان داد که رابطه معناداری بین افت سطح آب زیرزمینی و نرخ فرونشست زمین وجود دارد. بیشترین نرخ فرونشست سالانه مربوط به سال ۲۰۱۶–۲۰۱۵ با حدود ۱/۲۴ سانتی متر و کمترین آن در سال ۲۰۱۹–۲۰۱۸ با ۳/۱۶ سانتی متر در سال بوده است. ارتباط بین تغییرات سطح آب زیرزمینی و تغییرات ارتفاعی سطح زمین در مناطق دارای فرونشست، با لحاظ تاخیر زمانی حدود دو ساله، ضریب تعیین ۵۰/۰ به دست آمده که در سطح ۵ درصد از نظر آماری معنادار است. بررسی مکانی نیز نشان داد که بیشترین فرونشست در نواحی با تراکم بالای چاه های بهره برداری (مرکز و جنوب آبخوان) و کمترین آن در مناطق با تراکم کم چاه ها (شمال و جنوب شرق آبخوان) رخ داده است. این موضوع بیانگر نقش پررنگ برداشت بی رویه از منابع آب زیرزمینی در فرونشست منطقه است. در نهایت، این تحقیق بر لزوم مدیریت پایدار منابع آب زیرزمینی تاکید دارد. پیشنهادهایی نظیر کنترل برداشت با کنتورهای هوشمند، تغذیه مصنوعی، ارتقاء بهره وری آبیاری، تهیه پهنه بندی خطر فرونشست و آموزش بهره برداران به عنوان راهکارهای کاربردی جهت کاهش نرخ فرونشست و کاهش مخاطرات ناشی از آن مطرح می شود.

کلیدواژه ها:

آبخوان مرودشت ، تداخل‎نما ، تصاویر Sentinel-۱A ، فرونشست زمین