نشریه علمی - پژوهشی مرتع و آبخیزداری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران-محیط‌زیست، دانشکده محیط‌زیست، دانشگاه تهران، تهران، ایران

2 گروه احیای مناطق خشک و کوهستانی، دانشکده منابع‌طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 مرکز تحقیقات حفاظت خاک و آبخیزداری، تهران، ایران

4 گروه ژئومورفولوژی، دانشکده علوم جغرافیا و برنامه‌ریزی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

10.22059/jrwm.2024.22623.0

چکیده

فرونشست زمین در مناطق شهری به سازه‌ها، جاده‌ها، خطوط آهن، لوله‌ها، سیستم‌های فاضلاب و چاه‌ها آسیب واردمی‌کند و تعیین پتانسیل آن اهمیت زیادی دارد. در این پژوهش استعداد فرونشست زمین در شهر کرج به کمک سیستم اطلاعات جغرافیایی و مدل وزن نشانگر(WoE) مدلسازی‌شده‌است. بدین‌منظور نقشه‌ی فاکتورهای موثر بر فرونشست شامل شیب، ضخامت آبرفت، تغییرات سطح سفره‌ی آب‌زیرزمینی، لایه‌ای بودن آبخوان و اندازه‌ی ذرات و نفوذپذیری تهیه و با مقادیر ثبت‌شده‌ی فرونشست مقایسه‌شده و وزن تأثیر هریک تعیین‌گردید. درنهایت از تلفیق اثر این فاکتورها، نقشه‌ی شاخص پتانسیل مخاطره‌ی فرونشست(SI) تعیین‌شده و به کمک منحنی نرخ موفقیت(SRC) پهنه‌بندی شد. براین اساس، پنج پهنه از نظر حساسیت به فرونشست از بسیارحساس تا حساسیت بسیار کم مشخص‌گردید. به‌منظور تعیین کارایی مدل WoE به کمک منحنی SRC مشخص‌شد نقشه‌ی پیش‌بینی حساسیت به فرونشست، 93/64 درصد از واقعیت زمینی را پوشش داده‌است. نتایج نشان‌داد، لایه‌ای بودن آبخوان، تأثیر مثبتی در ایجاد فرونشست دارد. بیشترین تأثیر نفوذپذیری برفرونشست مربوط به آبرفت‌هایی با نفوذپذیری به‌نسبت خوب و دارای مقداری ذرات ریزدانه می‌باشد که با وزن نهایی 3/72، در بین طبقات مختلف تمامی پارامترها، بیشترین وزن را دارد و به‌نظر می‌رسد یکی از شرط‌های لازم برای رخ‌داد فرونشست است. از لحاظ ضخامت آبرفت، بیشترین میزان فرونشست در آبرفت‌های ضخیم (بیش از 200 متر) اتفاق‌افتاده‌است. به‌علاوه، مناطقی که بیش از نیم متر در سال افت متوسط آب زیرزمینی داشته‌اند نیز موثرین طبقه‌ی نوسانات سطح سفره بر پدیده‌ی فرونشست بوده‌اند. همچنین شیب‌های کمتر از دو درجه، مستعدترین شرایط شیب برای بروز فرونشست می‌باشد. بنابرنتایج، بسیاری از مناطق کرج در برابر مخاطره‌ی فرونشست به‌نسبت ایمنند ولی استعداد این مخاطره در جنوب و جنوب‌غرب شهر بالا و نیازمند توجه ویژه در مدیریت شهری‌است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Land Subsidence Hazard Assessment using Weights-of-Evidence model (Case Study: Karaj City)

نویسندگان [English]

  • Somayeh Taheri 1
  • Hasan Ahmadi 2
  • Jamal Ghodousi 3
  • ُSadat Feiznia 2
  • Shahram Khalighi Sigaroudi 2
  • Mohamad Hossein Ramesht 4

1 Graduate Faculty of Environment, University of Tehran, Tehran, Iran

2 Department of Rehabilitation of Arid and Mountainous Regions, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran

3 Soil Conservation and Watershed Management Research Institute, Tehran, Iran

4 Faculty of Geographical Sciences and Planning, Isfahan University, Isfahan, Iran

چکیده [English]

subsidence in urban areas poses significant risks to infrastructure, including buildings, roads, railways, pipelines, sewage systems, and wells. Therefore, assessing its potential is crucial. This study models the subsidence risk in Karaj city using Geographic Information Systems (GIS) and the Weight of Evidence (WoE) model. To achieve this, we created maps of factors influencing subsidence, such as slope, alluvial thickness, groundwater fluctuations, aquifer layering, particle size, and permeability. These maps were then compared with recorded subsidence data to determine the weight of each factor's influence. By integrating the effects of these factors, a Subsidence Index (SI) map was generated and categorized using the Success Rate Curve (SRC), identifying five sensitivity zones from very sensitive to very low sensitivity. The effectiveness of the WoE model was evaluated, revealing that the subsidence sensitivity prediction map covers 93.64% of actual occurrences. Results indicated that aquifer layering positively influences subsidence development, with the highest impact arising from alluvial deposits with good permeability and fine particles. This factor, with a weight of 3.72, demonstrates significant influence among all evaluated parameters. In terms of thickness, the most significant subsidence occurred in alluvial deposits exceeding 200 meters. Areas experiencing groundwater level declines of over half a meter annually markedly contributed to subsidence. Additionally, slopes of less than two degrees were identified as the most susceptible to subsidence. Thus, while many areas in Karaj are relatively safe, the threat is notably higher in the southern and southwestern parts, requiring special attention in urban management.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Geographic information system
  • Karaj
  • Alluvium
  • Permeability
Agterberg, F. P., Bonham-Carter, G. F., Cheng, Q., & Wright, D. F. (1993). Weights of evidence modeling and weighted logistic regression for mineral potential mapping. In J. C. Davis & U. C. Herzfeld (Eds.), Computers in geology, 25 years of progress (pp. 13–32). Oxford University Press.
Aranda-Gómez, J., Pacheco-Martínez, J., Levresse, G., Chacón-Baca, E., Charles-Polo, M., González-Naranjo, G., & del Rosal, A. (2010). Subsidence caused by groundwater withdrawal at the bottom of the Rincón de Parangueo Maar, Mexico. Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Audiguier, M., Cojean, R., & Geremew, Z. (2010). Microcracking of expansive soils during shrinkage processes: Roles of mineralogy and microstructure. Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Buffardi, C., & Ruberti, D. (2023). The issue of land subsidence in coastal and alluvial plains: A bibliometric review. Remote Sensing, 15(9), 2409. 
Bonham-Carter, G. F., Agterberg, F. P., & Wright, D. F. (1988). Integration of geological data sets for gold exploration in Nova Scotia. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 54(11), 1585–1592.
Bonham-Carter, G. F., Agterberg, F. P., & Wright, D. F. (1989). Weights of evidence modelling: A new approach to mapping mineral potential. Statistical Applications in Earth Sciences, Geological Survey of Canada Paper, 89-9, 171–183.
Bonham-Carter, G. F. (1994). Geographic information systems for geoscientists: Modeling with GIS. Computer Methods in the Geosciences, 13, 267–302. Pergamon.
Burbey, T. J. (2010). Mechanisms for earth fissure formation in heavily pumped basins. In Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Calderhead, A. I., Martel, R., Garfias, J., & Therrien, R. (2010). Effects on land subsidence in the Toluca Valley, Mexico. In Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Cerca, M., Carreón-Freyre, D., & Gutiérrez, R. (2010). Instability of the urbanized flank of “El Peñón del Marques” volcanic edifice and its relation to land subsidence in Mexico City. In Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Coal Industry Promotion Board. (1999). Fundamental investigation report of the stability test for Gosari. Coal Industry Promotion Board, 6, 7–22.
Dahal, R. K., Hasegawa, S., Nonomura, A., Yamanaka, M., Masuda, T., & Nishino, K. (2007). GIS-based weights-of-evidence modelling of rainfall-induced landslides in small catchments for landslide susceptibility mapping. Environmental Geology, 52(5), 1073-1086. https://doi.org/10.1007/s00254-007-0818-3.
Emmanuel, J., Carranza, M., & Hale, M. (2000). Geologically constrained probabilistic mapping of gold potential, Baguio district, Philippines. Natural Resources Journal, 9, 237–253.
Gutiérrez, J. J., Vallejo, L. E., Lin, S., & Painter, R. (2010). Impact of longwall mining of coal on highways in southwestern Pennsylvania. Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Heywood, C. E. (1997). Piezometric-extensometric estimations of specific storage in the Albuquerque Basin, New Mexico. In K. R. Prince & S. A. Leake (Eds.), U.S. Geological Survey Subsidence Interest Group Conference: Proceedings of the technical meeting, Las Vegas, Nevada, February 14–16, 1995 (U.S. Geological Survey Open-File Report 97–47, pp. 21–26).
Hoffmann, J., Leake, S. A., Galloway, D. L., & Wilson, A. M. (2003). MODFLOW-2000 Ground-Water Model—User guide to the subsidence and aquifer-system compaction (SUB) package. U.S. Geological Survey Ground-Water Resources Program. U.S. Department of the Interior.
Hyun-Joo Oh, H., & Lee, S. (2010). Assessment of ground subsidence using GIS and the weights-of-evidence model. Engineering Geology, 115(1-2), 36-48.
Mathew, J., Jha, V. K., & Rawat, G. S. (2007). Weights of evidence modelling for landslide hazard zonation mapping in part of Bhagirathi valley, Uttarakhand. Current Science, 92(5), 628-638.
Meinzer, O. E. (1928). Compressibility & elasticity of artesian aquifers. Economic Geology, 23, 263.
National Research Council. (1991). Mitigation losses from land subsidence in the United States. Washington, D.C.: National Academy Press.
Ochoa-González, G., & Carreón-Freyre, D. (2010). Integration of geological and hydrogeological features for subsidence modelling in volcanic zones. Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Pakravan, S. (2005). Assessment of subsidence in the cause of groundwater in Tehran (M.S. thesis, Tehran University). (In Persian)
Phien-wej, N., Giao, P. H., & Nutalaya, P. (2006). Land subsidence in Bangkok, Thailand. Engineering Geology, 82, 187–201.
Poland, F. J., Carbognin, L., Yamamoto, S., & working group. (1984). Economic & social impacts & legal considerations. In Guidebook to studies of land subsidence due to groundwater withdrawal (p. 120).
Poland, J. F., & Ireland, R. L. (1988). Land subsidence in the Santa Clara Valley, California, as of 1982: U.S. Geological Survey Professional Paper 497-F, 61 p.
Riley, F. S. (1969). Analysis of borehole extensometer data from central California. In International Association of Scientific Hydrology Publication (Vol. 89, pp. 423–431).
Soeters, R., & Van Westen, C. J. (1996). Slope instability recognition, analysis and zonation. In A. K. Turner & R. L. Schuster (Eds.), Landslides: Investigation and mitigation (Special Report 247, pp. 129–177). Washington, DC: National Academy Press.
Süzen, M. L., & Doyuran, V. (2004). A comparison of the GIS-based landslide susceptibility assessment methods: Multivariate versus bivariate. Environmental Geology, 45, 665–679.
Tianliang, Y., Xuexin, Y., Hanmei, W., Longxi, Z., Zhun, X., & Yibin, Z. (2010). Analysis of engineering land subsidence effect caused by shield construction for tunnels. Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Vaezi Nejad, S. M., Toufigh, M. M., & Marandi, S. M. (2010). Zonation and prediction of land subsidence: Case study, Kerman, Iran. Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Yazdani, H., Toufigh, M., & Masoudzade, A. (2010). Nonlinear analysis of land subsidence due to groundwater level oscillation by a finite difference method. Eighth International Symposium on Land Subsidence (EISOLS), Juriquilla, Querétaro, Mexico.
Zare, M. (2010). Landslide risk zonation using fuzzy logic methodology (case study: Vaz watershed) (M.S. thesis, Tehran University). (In Persian)