イランのアルダビール平原における地下水の取水と気候変動による地盤沈下を測定するためのInSARデータの使用

Jun 03, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13998 (2022) この記事を引用

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イラン北西部のおよそ1097.2平方キロメートルの面積を持つアルダビール平原は、近年の集中的な地下水の取水と長年にわたる干ばつにより地盤沈下を経験している。 この地域の地盤沈下の調査と評価には、全地球測位システム (GPS)、レベリング、地盤工学的手法など、さまざまな手法が使用されています。 これらの方法は通常、高価で時間がかかり、沈下しやすい領域のごく一部しか特定できません。 この研究では、干渉型合成開口レーダー (InSAR) 技術を使用して、平野の長期的な沈下を測定します。 自動化された Sentinel-1 InSAR プロセッサ (COMET-LiCSAR) と統合されたオープンソースの SAR 干渉分光時系列解析パッケージ LiCSBAS は、2014 年 10 月から 2021 年 1 月までの Sentinel-1 衛星画像の解析に使用されました。 Sentinel-1 画像の処理アルダビール平野が、特に2018年5月から2019年1月にかけて、地下水の汲み上げと降雨量の減少により急速な沈下に直面していることを示しています。平野の南東部で測定された最大沈下速度は45 mm/年でした。 他の InSAR 処理パッケージに比べて大きな利点 (処理時間とディスク容量が少ない) を提供しますが、LiCSBAS 処理パッケージの実装と、さまざまなスケールでの地盤沈下測定の精度については、さらなる評価が必要です。 この研究は、測定結果を GMTSAR および地盤工学数値モデリングの結果と比較することにより、地盤沈下測定の効率と精度を評価する手順を提供します。 地盤工学数値モデリングの結果、2006 年から 2020 年にかけて平均年率 38 mm の地盤沈下が示され、これは InSAR 技術を使用した測定値に近かった。 LiCSBAS パッケージを使用したアルダビール平野の沈下測定と他の技術から得られた結果との比較は、LiCSBAS が大規模なスケール (~ km) で土地の変形を正確に検出できることを示しています。 ただし、インフラストラクチャの監視など、より局所的な変形に対しては最適化されていない可能性があります。

過剰な帯水層システムの圧縮と気候変動によって引き起こされる地盤沈下は、農地、産業活動、都市インフラに深刻な被害を引き起こしています1。 地盤沈下は、イラン、テヘラン2、ロサンゼルス3、中国の西安4、カルカッタ5、ネバダ州クラーク郡のラスベガスバレーとその周辺6など、世界のいくつかの地域で記録されています。 この現象は頻繁に起こる環境問題であり、長期的かつ体系的な研究で調査する必要があります 7,8。 したがって、地盤沈下によってもたらされる既存の脅威を示すためには、地表変形を正確に推定した永続的な監視システムが不可欠です。

過去 20 年間にわたり、レベリング 9,10、全地球測位システム (GPS)11,12、地盤工学技術 13,14,15 など、地盤沈下を検出および評価するためのさまざまな技術が提案および実装されてきました。 これらの方法は通常、高価で時間がかかり、沈下しやすい地域のごく一部の土地の変形を継続的に監視できます。 従来の測定方法と比較して、InSAR 技術は、その広い空間範囲と高精度により、より広い空間範囲の表面変形を検出できます 16,17。 この技術から得られる結果は、地表面の小規模から大規模な変位を測定することができます。 地盤沈下や地表変形の測定に使用される時系列 InSAR 技術の最も一般的なファミリーは、永続散乱体 PS-InSAR (PSI)18,19 や Small Baseline Subset (SBAS)20,21 などの多時間干渉法です。 PSI 技術は、1 つの共通マスターを使用して差分インターフェログラムを生成します。つまり、高い PS 密度で都市部などの持続的な点ごとの反射体を識別します22。 一方、SBAS-InSAR 技術は、短い空間ベースラインと中程度の時間ベースラインを持つ画像ペアの冗長ネットワークに依存します。 これは、表面変形の時間的変化を検出し、特に PS 密度が低い可能性がある非都市部の空間範囲を拡大します 21,22。 PSI と比較して、SBAS はより小さな合成開口レーダー (SAR) 画像を必要とし、特に信号の非相関性が高い領域で非線形変形情報を取得する強力な機能を備えています23。 特に農業地域や非都市地域では PSI よりも SBAS が優れているため、この研究では SBAS-InSAR 技術が検討されました。