بررسی و پردازش مقاطع رادار نفوذی به زمین (GPR) به منظور شناسایی مناطق پرخطر فرونشست و فروچاله در دشت رسوبی آبرفتی ابرکوه، یزد

نوع مقاله : مقاله تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری رشته مدیریت و کنترل بیابان، دانشکده منابع طبیعی و کویر شناسی دانشگاه یزد، یزد، ایران

2 استادیار گروه علوم خاک، دانشکده منابع طبیعی و کویر شناسی دانشگاه یزد، یزد، ایران

3 استاد گروه علوم خاک، دانشگاه ساسکاچوان، کانادا

4 دانشیار، بخش ریاضی کاربردی، گروه علوم ریاضی، دانشگاه یزد

چکیده

فروچاله که اغلب به دنبال فرونشست زمین حاصل شده است امروزه مشکلات زیادی را در کاربری اراضی ایجاد نموده است. منطقه مورد مطالعه دشت ابرکوه به مساحت حدود 250 کیلومتر مربع بخشی از حوزه آبخیز اقلید - ابرکوه است. این منطقه شامل رسوبات مخروط افکنه‌ اقلید به ابرکوه است که از رأس آن در اقلید تا دشت و کویر ابرکوه به تدریج ریزدانه‌تر گردیده است. هدف از این تحقیق استفاده از روش رادار نفوذی زمین (GPR) جهت دستیابی به الگویی است که بیشترین تطابق را با واقعیت‌های زمین‌شناختی طبیعی منطقه دارد تا بتوان در خصوص ویژگی‌های رفتار خاک و رسوب در برابر امواج راداری به شناسایی ناحیه دارای عارضه و استعداد فرونشست دست یافت. روش GPR یک روش آسان و کم‌هزینه و بسیار پرکاربرد در حوزه منابع طبیعی می‌باشد و در حوزه‌های دیگر علمی هم مورد استفاده قرار می‌گیرد. به منظور تعیین منطقه پرخطر و کم خطر در ناحیه مورد مطالعه با شناسایی حفره‌های زیرسطحی و آثار شکستگی در خاک، رسوبات و چینه‌شناسی در زیر زمین تا عمق 5 متر از GPR استفاده شد. نتایج نشان داد که در مناطقی که آثار فروچاله وجود دارد در فواصل تعیین شده اطراف فروچاله، در سیگنال برگشتی رادار نفوذ به زمین آثار حفرات زیرسطحی و شکستگی چینه‌شناسی قابل شناسایی بود. با افزایش ارتفاع از سطح دریا و به سمت رأس مخروط افکنه در بالادست، سیگنال‌های ثبت شده یکنواخت‌تر و آثار شکستگی یا حفره را نشان نداد. با شناسایی نواحی خطر می‌توان به موقع و قبل از هرگونه کاربری از حوادث ناخواسته و تخریب سازه‌های انسان‌ساز جلوگیری نمود. با الگو‌های داده نگار GPR بر اساس ویژگی‌های خاک و رسوب در ناحیه مورد مطالعه مناطق پرخطر و کم خطر مشخص شد. در تحقیق حاضر با استفاده از داده نگارهای GPR، نواحی بدون خطر که به عنوان شاهد در مسیر شمال غرب به غرب برای اقدامات زیرساختی مانند خطوط انتقال نیرو، سوخت و احداث راه‌آهن مسافربری و باری مشخص گردید.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating and processing of ground penetrating radar (GPR) sections in order to identify high-risk areas of subsidence and sinkholes in the alluvial sedimentary plain of Abarkooh, Yazd

نویسندگان [English]

  • Peyman Amin 1
  • Mohammad Akhavan Ghalibaf 2
  • Ahmet Ruhi Mermut 3
  • Ali Delavarkhalafi 4
1 Ph.D. student in desert control and management in School of Natural Resources & Desert Studies in Yazd university, Yazd, Iran
2 Assistant professor in soil science department in School of Natural Resources & Desert Studies in Yazd university, Yazd, Iran
3 Professor in Soil science department of Saskatchewan university, Saskatoon, Canada
4 Associate professor in applied mathematics section in department of mathematical science in Yazd university Yazd, Iran
چکیده [English]

Natural hazards are one of the factors that cause financial loss every year, and they occur in most regions of the world, including Iran. One of the hazards that mankind has been dealing with in recent decades, especially in alluvial plains is the phenomenon of land subsidence and sinkhole. Land subsidence and sinkhole due to natural and human causes have been reported in many places. Subsidence or sinkhole will damage human structures that are supported by the earth. Land subsidence is the most important environmental problem in Iran. A major cause of this phenomenon is overexploitation of underground water resources has led to land subsidence, and underground water extraction plays an important role in causing land subsidence. The study area is Abarkooh plain with an area of about 250 square kilometers is a part of the Eqlid-Abarkooh watershed. The lowlands are covered by Quaternary alluvial and some older sediments such as unconsolidated conglomerate, clayey, sandy, and saline areas. Based on geographical location, the study area is located in the geographical range of 53 degrees to 53 degrees and 32 minutes east longitude and 30 degrees and 50 minutes to 31 degrees and 12 minutes north latitude. This area contains medium to fine alluvial fan sediments that end in the salt playa or Abarkooh desert. To determine the high-risk and low-risk areas and routes in the study area, to discover subsurface holes and stratigraphic fractures underground up to a depth of 5 meters and the safe route for contracting works, etc., was used the ground penetrating radar (GPR) method. The results showed that in the areas where there are sinkhole traces in the determined distances around in current research, the attenuation signal of the ground penetrating radar, including the effects of subsurface cavities and stratigraphic fractures was discovered and revealed by GPR. On the side of the mountain slopes and high altitudes in the upstream region, no signal attenuation was observed, and sediments and soil were observed uniformly underground. The ultimate goal of the GPR section is to obtain a cross-section that is most consistent with the geological realities of the region and finally, at the final stage, we can talk about the characteristics, effects, and objectives of the research. The GPR method is an easy and low-cost method that is widely used in the field of natural resources and it is also used in other scientific fields. Regarding the common phenomenon of subsidence and sinkhole, these effects can be found underground, so that humans can prevent the development and expansion of this phenomenon. Also, this method can determine the route and safe area for contracting works, urban development, etc.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fan
  • sinkhole
  • land subsidence
  • ground penetrating radar
  • civil infrastructure uses
  • railway
اخوان قالیباف، م.، بیدکی، ه.، مهرنهاد، ح.، 1393، نقش ویژگی­های کانی شناسی رس در شدت فرونشست زمین های دشت ابرکوه یزد: کاوش های جغرافیایی مناطق بیابانی، 3(1)، 207-228.
اخوان قالیباف، م.، رضوی، م.، 1397، معیاری ساده برای پهنه بندی حساسیت زمین به رخداد فروچاله در مطالعات پایه شبکه های خطوط ریلی و انتقال نیرو در ابرکوه یزد: کاوش های جغرافیایی مناطق بیابانی، 6(2)، 50-79.
امینی حسینی، کامبد.، 1373، فرونشست زمین بر اثر وجود قنات­ها و فضاهای زیرزمینی: مجله عمران شریف (دانشگاه شریف تهران)، شماره 15.
اویسی موخر، م.، قاسمی، و.، شاه نظری، ح.، 1384: مطالعات مغناطیسی و رادار بر روی طاق های عمارت تاریخی خسرو در شهر قصر شیرین: دوازدهمین کنفرانس ژئوفیزیک ایران.
ذبیحی افروز، ر.ع.، 1396، بررسی تجارب جهانی و ایران در نحوه طبقه بندی دشت­ها از منظر آبی و ارائه معیارهای مناسب برای ایران: موسسه پژوهش­های برنامه­ریزی، اقتصاد کشاورزی و توسعه روستایی، وزارت جهاد کشاورزی، تهران، 139 ص.
حسینی، م.، 1388، برداشت، پردازش و تفسیر داده های رادار نفوذی به زمین (GPR) در منطقه شاهرود و مقایسه نتایج آن با نتایج ژئومغناطیس در منطقه مزبور: پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک دانشگاه صنعتی شاهرود.
خبازنیا، ا.ر. 1384، بررسی زمین شناسی ایران: نقشه زمین شناسی ابرکوه (1:100000).
مزینانی، ا.، 1389، بررسی ضخامت آسفالت در دانشگاه صنعتی شاهرود با استفاده از روش GPR: پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک دانشگاه صنعتی شاهرود.
محمدی ویژه، م.، 1387، برداشت، پردازش و تفسیر داده های رادار نفوذی به زمین (GPR) در منطقه شاهرود و مقایسه نتایج آن با نتایج ژئوالکتریک در منطقه مزبور: پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک دانشگاه صنعتی شاهرود.
محمدی ویژه، م.، کامکار روحانی، ا.، 1389، بررسی ساختارهای مدفون نزدیک سطح زمین با استفاده از روش­های GPR و مقاومت ویژه، یک مطالعه موردی. مجله علوم زمین، 80، 170-163.
محمودی سیوند، س.، 1388، مطالعه فروچاله­های دشت ابرکوه. شرکت سهامی آب منطقه­ای یزد، کمیته تحقیقات. 300 ص.
Bhattarai, R., Alifu, H., Maitiniyazi, A., Kondoh, A., 2017, Detection of land subsidence in Kathmandu Valley, Nepal, using DInSAR technique: Land, 6, 39. https://doi.org/ 10.3390/land6020039.
Buttrick, D.B., Trollip, N.Y.G., Watermeyer, R.B., Pieterse, N.D., Gerber, A.G., 2011, A performance based approach to dolomite risk management: Environment Earth Science, 1127-1138.
Caló, F., Notti, D., Galve, J.P., Abdikan, S., Görüm, T., Pepe, A., Balik Şanli, F., 2017, Dinsar-based detection of land subsidence and correlation with groundwater depletion in konya plain, Turkey: Remote Sensing. 9,1-83. https://doi.org/10.3390/rs9010083
Chen, Chieh-Hung., Wang, Chung-Ho., Hsu, Ya-Ju., Yu, Shui-Beih., Kuo, Long-Chen., 2010, Correlation between groundwater level and altitude variations in land subsidence area of the Choshuichi Alluvial Fan, Taiwan: Engineering Geology, 115, 122-131.
Eshghi, H., Kamkar Rouhani, A., 2016, Acquisition, processing and interpretation of ground-penetrating radar (GPR) data for recognition of subsurface sediments in southeast of the Caspian Sea. Iranian Journal of Geophysics, 10(1), 118-135.
Fabregat, I. et al., 2017, Reconstructing the internal structure and long-term evolution of hazardous sinkholes combining trenching, electrical resistivity imaging (ERI) and ground penetrating radar (GPR): Geomorphology, 285, 287-304.
Fulton, ‌A., 2014, California Department of Water Resources, Northern District.USA.4p.
Gaballah, M., Alharbi, T., 2022, 3-D GPR visualization technique integrated with electric resistivity tomography for characterizing near-surface fractures and cavities in limestone: Journal of Taibah university for science, 16:1,224-239. https://doi.org/10.1080/16583655.2022.2040242
Galloway, 2011, geological subsidence interest group conference, proceeding of technical meeting: Galveston, Texas, November, 27-29.
Ghanbari, S., Hafizi, M.K., 2016, Application of forward modeling and appropriate processing algorithm to locate aqueduct by GPR: Iranian Journal of Geophysics, 10(2), 67-82.
Jia, L., Meng, Y., Li, L., Yin, R., 2021, A multidisciplinary approach in cover‑collapse sinkhole analyses in the mantle karst from Guangzhou City (SE China): Natural Hazards, 108,1389-1410. https://doi.org/10.1007/s11069-021-04738-1
Kadioglu, S., Ulugergerli, E.U., 2014, Imaging karstic cavities in transparent 3D volume of the GPR data set in Akkopru dam, Mugla, Turkey: Nondestructive Testing and Evaluation, 27(3), 263-271. http://dx.doi.org/10.1080/10589759.2012.694885
Kofman, R., Ronen, A., Frydman, S., 2006, Detection of model voilds by identifying reverberation phenomenon in GPR records: Journal of Applied Geophysics, 59(4), 284-299.
Neal, A., 2004, Ground penetrating radar and its use in sedimentology: Principles, problems and progress: Earth-science Reviews, 66, 261-330.
Oveisi moakher, M., 2007, Investigating the fracture structure of Sarab Qanbar in the south of Kermanshah using radar method: Iranian Journal of Geophysics, 1(1), 81-89.
Pacheco-Martínez et al., 2013, Land subsidence and ground failure associated to groundwater exploitation in the Aguascalientes Valley, México: Engineering Geology, 164, 172-186.
Reynolds, J.M., 1997, An Introduction to Applied and Environmental Geophysics. Wiley, New York, 796 pp.
Ronen, A., Ezersky, M., Beck, A., Gatenio, B., Simhayov, R.B., 2019, Use of GPR method for prediction of sinkholes formation along the Dead Sea Shores, Israel: Geomorphology, 328, 28–43.
Sandmeier, K.J. 2016. REFLEXW. v. 8.1. Manual (info@sandmeier-geo.de) https://www.sandmeier-geo.de/Download/gpr_2d_import_processing.pdf
Sensors and Software, 1999. pulseEKKO 100 RUN User's Guide, Version 1.2.
Sevil, J. et al., 2017. Sinkhole investigation in an urban area by trenching in combination with GPR, ERT and high-precision leveling. Mantled evaporite karst of Zaragoza city, NE Spain: Engineering Geology, 231, 9-20.
South African National Standard SANS, 1936- 2012. Development of Dolomite Land. Edition 1 (ISBN 978-0-626-27840-3).
Waltham, A.C., Bell, F.G., Culshaw, M.G., 2005. Sinkholes and Subsidences. Karst and Cavernous Rocks in Engineering and Construction. Praxis Publishing Ltd., Chichester, UK, 382pp.