ارايه روشي تحليلي براي تخمين عوامل موثر بر نشست زمين با استفاده از داده‌هاي صحرايي و تصاوير InSAR در دشت نيشابور

An analytical procedure for estimating land subsidence parameters using field data and InSAR images in Neyshabur plain

توسعه برداشت از آب‌هاي زيرزميني به اندازه‌اي كه مقدار تخليه آبخوان از تغذيه آن بيشتر شود، موجب برهم خوردن تعادل در آبخوان شده و به صورت زماني يا مكاني موجب كاهش ارتفاع هيدروليكي مي‌گردد. كاهش ارتفاع هيدروليكي و يا افت سطح آب باعث كاهش فشار آب منفذي و افزايش تنش موثر وارد بر ذرات آبخوان مي‌شود. اين پديده، تحكيم لايه‌هايي از رسوبات ريزدانه را به‌دنبال دارد، كه نتيجه آن به صورت نشست در سطح زمين نمايان مي‌شود. در سال‌هاي اخير افزايش برداشت از آبخوان دشت نيشابور واقع در شمال شرقي ايران، گزارش شده است كه نتيجه آن افت سطح آب با ميانگين 90 سانتي‌متر در سال و ثبت حداكثر نرخ نشست موضعي 19 سانتي‌متر در سال، بوده است. در اين تحقيق بر روي برآورد پارامترهاي موثر بر نشست دشت نيشابور تمركز شده‌است. پارامترهاي مورد بررسي شامل ضخامت موثر لايه‌هاي ريزدانه تراكم‌پذير و ذخيره ويژه پلاستيك كالبد آبخوان (S_skv)، مي‌باشند كه به‌طور مستقيم در محاسبات مربوط به نشست‌هاي برگشت‌ناپذير، وارد مي‌شوند. در گام اول، ضمن بررسي اطلاعات 231 گمانه، با روش درون‌يابي كريجينگ، نقشه توزيع ريزدانه‌ها در سطح دشت نيشابور تهيه و ارتباط منطقي بين نشست ثبت شده و پتانسيل آبدهي چاههاي دشت، با ضخامت لايه‌هاي ريزدانه تحقيق گرديد. نتايج حاصل نشان داد كه بين ضخامت ريزدانه‌ها در پهنه دشت و ميزان تخليه از چاه‌ها، ارتباطي معكوس وجود دارد. به عبارت ديگر كم‌ترين ميزان تخليه در عمده نواحي داراي بيشترين مقدار ريزدانه (رس و سيلت) ديده مي‌شود و ريزدانه بودن بافت آبخوان، و به تبع آن كم بودن هدايت هيدروليكي، بر كاهش آبدهي چاه‌ها تاثير مستقيم داشته است. در گام دوم، روند تغييرات نرخ نشست حاصل از تصاوير ماهواره اي InSAR و افت سطح آب براي چاه‌هاي پيزومتري واقع در محدوده نشست، مورد تحليل قرار گرفت. بررسي‌ها نشان داد كه تراكم آبخوان نيشابور عمدتاً در نتيجه تغيير شكل‌هاي پلاستيك بوده و سهم تغيير شكل‌هاي الاستيك ناچيز مي‌باشد. لذا با صرف‌نظر از تغييرشكل‌هاي الاستيك، به استناد نقشه‌هاي نرخ سالانه نشست و نقشه‌هاي هم‌افت سطح آب، روشي مبتني بر آناليز تنش-كرنش براي تعيين مقادير ذخيره ويژه كالبد پلاستيك آبخوان ارايه گرديد. سپس به‌كمك نتايج حاصل از گام نخست، مقادير ذخيره ويژه پلاستيك كالبد آبخوان (S_skv) محاسبه شد. نتيجه حاصل از تعميم روش فوق منجر به تهيه نقشه توزيع مقادير S_skv براي رسوبات ريزدانه پراكنده در سطح دشت نيشابور گرديد.

Groundwater exploitation, when the aquifer discharge is greater than its recharge, changes the balance of the aquifer and results in temporal and spatial decline of hydraulic heads in the aquifer. Decline in hydraulic head or water level, decreases pore water pressure and increases effective stress on aquifer sediments. This phenomenon leads to consolidation of interbed layers which consequently results in land subsidence. In recent years, over-withdrawals from aquifer of Neyshabur plain in the North East Part of Iran have been reported. As a result, an average of 90 cm/year decline in water level and maximum displacement rate of 19 cm/year in ground level have been recorded. This study focuses on the estimation of effective parameters related to the land subsidence in Neyshabur Plain. These parameters include the thickness of the fine compressible sediments and inelastic skeletal specific storage (Sskv), which are directly involved in inelastic displacement computations. In the first step, using the geologic log of 231 boreholes and Kriging interpolation method, a map showing the distribution of fine sediments in Neyshabur plain was prepared. This map was used to investigate for reasonable relationships between annual subsidence rate and groundwater yield with the thickness of the fine sediment. Comparisons of maps indicate that the least amount of discharge is seen in regions where the fine layers have the most thickness. In the second step, subsidence rate, extracted from InSAR images, and water level decline at several observation wells located in the study area were analyzed. Investigation of the trend of land subsidence during the recharge and discharge seasons at observation wells showed that the compaction of the aquifer is majorly due to plastic deformation and that the share of elastic deformation is significant. Then, by using the fine sediments distribution map prepared in the first step, the Sskv values were calculated at different locations. The end result of the proposed procedure was a map showing the spatial distribution of inelastic skeletal specific storage (Sskv) in Neyshabur plain.