ارايه الگوريتمي جديد بر مبناي تكنيك تداخل سنجي راداري به منظور پايش فرونشست سطح زمين ناشي ازاستخراج آبهاي زيرزميني

An Enhanced Algorithm based on Radar Interferometry for Monitoring Land Subsidence Caused by Over-Exploitation of Groundwater

استخراج بي رويه از آبهاي زيرزميني منجر به رخداد فرونشست زمين در منطقه اي غير شهري در زيرحوضه مشهد واقع در شمال شرق ايران شده است. تحليل سري زماني به كمك تكنيك تداخل سنجي راداري (InSAR) توانايي خود را در پايش تغييرات زماني فرونشست نشان داده است. در اين مقاله، تحليل سري زماني بر مبناي طول خط مبناي مكاني كوتاه (SBAS) براي مطالعه جابجايي ناشي از فرونشست دشت مشهد مورد استفاده قرار گرفته است. 18 اينترفروگرام به كمك 12 تصوير ENVISAT ASAR در بازه زماني 2003 تا 2005 مورد پردازش قرار گرفت. به منظور كاهش اثر عدم همبستگي زماني ناشي از زمينهاي كشاورزي، تنها اينترفروگرامهاي با طول خط مبناي زماني كوتاه در تحليل سري زماني ايجاد شد. ليكن به منظور كاهش اثر كميود رتبه ماتريس ضرايب در حل كمترين مربعات، در اين منطقه برخلاف روش معمول SBAS اينترفروگرامهايي با طول خط مبناي مكاني بلند نيز مورد پردازش قرار گرفتند. لازم به ذكر است كه در منطقه مورد مطالعه اثر عدم همبستگي مكاني قابل توجه نمي باشد. از آنجا كه اثر باقيمانده توپوگرافي در اينترفروگرامهاي با طول خط مبناي مكاني بلند قابل توجه مي باشد. لذا اين اينترفروگرامها قبل از ورود به تحليل سري زماني نسبت به اين اثر تصحيح شدند. همچنين با ورود شرط نرم كنندگي در حل كمترين مربعات اثر اتمسفر در سري زماني جابجايي كاهش يافت. بيشترين مقدار نرخ فرونشست 23 سانتيمتر در سال برآورد شد. همچنين رابطه تنش – كرنش در سفره آب زيرزميني با تركيب اطلاعات سطح آب چاههاي پيزومتري و نتايج حاصل از تحليل سري زماني مورد بررسي و مطالعه قرار گرفت.

Over-exploitation of groundwater has caused land subsidence in large rural areas located in Mashhad sub-basin, northeast of Iran. Time series analysis using Interferometric SAR (InSAR) data has shown its ability to monitor the temporal evolution of land subsidence. In this paper, time series analysis based on Small Baseline Subset (SBAS) algorithm is applied to study the Mashhad sub-basin subsidence. 18 interferograms were generated using 12 ENVISAT ASAR images spanning between 2003 and 2005. In order to decrease the temporal decorrelation effect caused by the agricultural fields, only interferograms with small temporal baselines are used in the time series analysis. However, to prevent the solution from the rank deficiency, it is tried to generate as many interferograms as possible. Because the interferograms with large spatial baselines are influenced by the topographic artifacts, they are refined before using in the time series analysis. Moreover, the atmospheric-error free deformation corresponding to every acquisition time is retrieved by applying the smoothing constraint into the least squares solution. The maximum deformation rate in the study area is estimated as ~23 cm/yr. The compressibility of the aquifer system is finally investigated by the quantitative integration of the InSAR displacement measurements with observations of the hydraulic head fluctuations at few piezometric wells.