بررسی فرونشست دشت سمنان ناشی از برداشت آب زیرزمینی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده علوم زمین، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود

2 شرکت آب منطقه‌ای سمنان

10.22084/nfag.2019.18699.1365

چکیده

فرونشست زمین به عنوان یکی از مخاطرات طبیعی بوده که بسیاری از دشت­های ایران با آن روبرو بوده و باعث تخریب مناطق مسکونی، جاده­ها، پل­ها، خطوط انتقال نیرو، زمین­های کشاورزی، چاه­ها و پیزومترها شده است. به طور کلی فرونشست ناحیه­ای متاثر از فعالیت­های انسانی مانند برداشت بی­رویه آب از سفره­های آب زیرزمینی و شرایط زمین­شناسی می­باشد که در صورت بروز می­تواند آسیب­های جدی به زیرساخت­های اقتصادی یک منطقه وارد کند. در چند دهه اخیر توسعه سریع کشاورزی و افزایش نیاز آبی باعث استحصال بی­رویه و افت سطح آب زیرزمینی در دشت سمنان شده ­است. در این مقاله نحوه وقوع پدیده­ فرونشست منطقه­ای سطح زمین در جنوب و جنوب­شرق دشت سمنان و پهنه بندی این منطقه از نظر پتانسیل فرونشست زمین، مورد بحث قرار گرفته است. در این پژوهش ابتدا داده­های مربوط به 18 پیزومتر در طی دوره آماری 24 ساله از اسفند 1372 تا اسفند 1396، برای ترسیم منحنی هم افت و هیدروگراف واحد دشت مورد بررسی قرار گرفته است. هم­چنین برای تعیین نوع و ضخامت لایه­های زیرین از داده­های لاگ پیزومترها، داده­های مربوط به مطالعات ژئوالکتریک و نقشه زمین­شناسی استفاده گردیده است. سپس با استفاده از داده­های منحنی هم­افت و اطلاعات شرایط لایه­های زیرسطحی، نقشه پتانسیل فرونشست دشت سمنان تهیه شده است. بررسی­ها نشان داد که در دوره­ی مذکور برداشت مداوم از آب زیرزمینی باعث افت 9/18 متری سطح آب زیرزمینی شده و شرایط را جهت تحکیم میان لایه­های رسی و فرونشست زمین فراهم کرده است. نقشه پهنه­بندی خطر رخداد فرونشست نشان می­دهد که منطقه با پتانسیل بالای فرونشت در این دشت در بخش شمال شرقی دشت و در محدوده جنوب جنوب غربی شهرک صنعتی قرار دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of land subsidence of the Semnan plain due to groundwater extraction

نویسندگان [English]

  • H. Akbariaryami 1
  • A. Momeni 1
  • E. Khorasani 2
چکیده [English]

Land subsidence is one of natural hazards which is involved with most of plains in Iran and leads to damages of urban area, roads, bridges, power transmission lines, agriculture lands, wells and piezometers. Generally, regional subsidence is depended to human activities such as extractionof groundwater and geological conditions which can induce considerable damages to economical basis of the area if it be occurred. In the last few decades, the rapid development of agriculture and the increase in the need for water has led to overexploitation of groundwater in the Semnan plain. In this paper, the occurrences pattern of regional subsidence phenomenon in the south and south-east of the Semnan plain and also the zoning of this region in terms of the susceptibly of land subsidence have been discussed. In this research at the first step data of 18 piezometers for 24 years period (May 1993-2017) were used to provide iso-potential lines of drawdown groundwater table and unite hydrograph of the plain. Furthermore, for the determination of type and thickness of the subsurface layers some data including piezoelectric log, geoelectric studies and geological map were used. Then, using the drawdown groundwater level map and the subsurface layers conditions map, a subsidence susceptibility map of the Semnan plain was prepared. The results showed that during the period of 1993-2018 continuous extractionof groundwater caused a drop of 18.9 meters of groundwater level and provided conditions for consolidation of clayey layers and land subsidence. The subsidence hazard zonation map indicates that the area with a high potential of subsidence in this plain is located in the northeastern part of the plain and in the south-southwest of the Semnan industrial park.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Land subsidence
  • Semnan plain
  • groundwater table dropping
  • geoelectric sounding

شیرافکن. م، جعفری. ه (1392) ارزیابی بیلان هیدرولوژیکی آبـخوان بهاباد در اسـتان یـزد، هـشتمین هـمایـش زمین­شناسی مهندسی و محیط­زیست ایران، دانشگاه فردوسی مشهد، ص، 55-47.

عباس­نژاد، ا (1377) بررسی شرایط و مسائل زمین­شناسی محیط­زیست دشت رفسنجان، فشرده مقالات دومین همایش انجمن زمین­شناسی ایران.

کشاورز بخشایش، م.، نجفی، ب.، و تلخابلو، م (1393) ارزیابی خطر فـرونشست در محدوده مرکزی شهر تهران، هـشتمین همایش ملی تخصصی زمین­شناسی دانشگاه پیام­نور. ص 1-7.

لشکری­پور، غ.، غفوری، م.، مرادی، ط (1386) افـت سطح آب­های زیرزمینی و بررسی نشست زمین در دشت اسدآباد، مجموعه مقالات یازدهمین همایش علوم­زمین، دانشگاه فردوسی مشهد.

لشکری­پور، غ. ر.، غفوری، م.، رستمی بارانی، ح. ر (1388) بررسی علل تشکیل شکاف­ها و فرونشست زمین در غرب دشت کاشمر، مجله مطالعات زمین­شناسی، جلد 1، شماره 1، 95-111.

محمد علیزاده رفیع، ب (1387) اصلاح خاک­های رمبنده به روش تزریق (مطالعه موردی راه­آهن سمنان- تهران) پایان­نامه کارشناسی­ارشد دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین­المللی امام­خمینی قزوین.122 ص.

موسوی­مداح. س.م، غفوری.م، لشکری­پور. غ، افشاری. س (1392) بررسی پدیده نشست زمین و تاثیر آن بر روی گسیختگی لوله­های جدار چاه­های آب در محدوده شهر مشهد با استفاده از پهنه­بندی تغییرات دانه­بندی لایه­های زمین، فصل­نامه علمی- پژوهشی مهندسی آبیاری و آب، دوره 4، شماره 1 - شماره پیاپی 13، 56-66.

مهندسین مشاور سازند آب­پارس (1388) گزارش مطالعات ژئوالکتریکی دشت سمنان.

میراثی. س و رهنما. ح (1395) تحلیل و ارزیابی پارامترهای موثر بر فرونشست زمین، مجله علمی- پژوهشی عمران مدرس، جلد ۱۶ شماره ۱، ۴۵-۵۴.

Castellazzi, P., Arroyo-Dominquez, N., Martel, R., Calderhead, A. I., Normand, J. C. L., Garfias, J., Rivera, A (2015) Land subsidence in major cities of central Mexico: Interpreting in SAR-derived subsidence mapping with hydrology data, International Journal of Applied observation and Geoin formation, 47: 102-111.

Chen, C. H, Wang, C. H, Hsu, Y. J, Yu, S. B, Kuo, L. C (2010) Correlation between groundwater level and altitude variations in land subsidence area of the Choshuichi Alluvial Fan. Taiwan Engineering Geology, 115: 122-131.

Davoodijam, M., Motagh, M., Momeni, M (2015) Land Subsidence in Mahyar Plain, Central Iran, Investigated Using Envisat SAR Data. In: Kutterer H., Seitz F., Alkhatib H., Schmidt M. (eds) The 1st International Workshop on the Quality of Geodetic Observation and Monitoring Systems (QuGOMS'11). International Association of Geodesy Symposia, Vol 140. Springer, Cham.

Haddad, A., Khodaian, S (2002) Technical Engineering & Soil Mechanics, Tehran, Iran.

Hadaadan, M., Afsharian-Zadeh, A. M., Chaichi, Z (1994) Geological map of Semnan. Geological survy of Iran.

Hu, R. L., Wang, S. J., Lee, C. F., & Li, M. L (2002) Characteristics and trends of land subsidence in Tanggu, Tianjin, China. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 61: 213-225.

Khanlari, G. R., Heidari, M., Momeni, A., Ahmadi, M., Taleb-Beydokhti, A. R (2012) The effect of groundwater overexploitation on land subsidence and sinkhole occurrences, western Iran. Quarterly journal of Engineering Geology and Hydrogeology, 45: 447-456

Larson, K. J., Basagaoglu, H., Marino, M. A (2001) Prediction of optimal safe ground water yield and land subsidence in the Los Banos Kettleman City area, California, using a calibrated numerical simulation model. Journal of Hydrology, 242: 79–102.

Liu, C. W., Lin, W. S., Cheng, L. H (2006) Estimation of land subsidence caused by loss of smectiteinter layerwater in shallow aquifer systems. Hydrogeology Journal, 14: 508-525.

Lofgern, B. E (1969) Field measurement of aquifer system compaction, Sanjoaquin Balley, California, U. S. A. Proc, Tokyo Symp. on Land Subsidence, IASH-UNSCO, 272-284.

Mahmoudpour, M., Khamhchiyan, M., Nikudel, M. R., Ghassemi, M. R (2016) Numerical simulation and predication of regional land subsidence caused by groundwater exploitation in the southwest plain of Tehran, Iran. Engineering Geology, 201: 6-28.

Modoni, G., Darini, R. L., Spacagna, M., Saroli, G (2013) Spatial analysis of land subsidence induced by groundwater withdrawal. Engineering Geology, 167: 59-71.

Mousavi, M., Shamsai, A., El Neggar, M. H. and Khamehchian, M (2001) A GPS-based monitoring program of land subsidence due to groundwater withdrawal in Iran. Can. J. Eng, 28: 425-464.

Nikos, S., Loannis, P., Constantinos, L., Paraskevas, T., Anastasia, K., Charalambos, K (2016) Land subsidence rebound detected via multi-temporal InSAR  and ground truth data in Kalochori and Sindos regions, Northern Greece. Engineering Geology, 209: 175-186.

Pacheco, J., Arzate, J., Arroye, M., Yutsis, V. and Ochoa, G (2006) Delimitation of ground failure zones due to land subsidence using gravity data and finite element modeling in the Queretaro valley, Mexico. Engineering Geology, 84: 143-160.

Rodríguez, R., Lira, J., Rodríguez, I (2012) Subsidence Risk Due to Groundwater Extraction in Urban Areas Using Fractal Analysis of Satellite Images. Geofísica International, 51(2): 157-167.

Solaimani, K., Mortazavi, S. M (2008) Investigation of land subsidence and its consequences of large groundwater withdrawal in Rafsanjan, Iran. Pakistan Journal of Biological Sciences, 11: 265-269.

Waltham, A. C (1989) Ground subsidence. Blackie & Son Limites.

Zhou, G. Y., and Esaki, T. J (2003) GIS based spatial and predication system development for regional land subsidence hazard mitigation. Environmental Geology, 44(6): 665-678.