Πρωτότυπος Τίτλος:
Long and short term monitoring of ground deformation in Thessaly basin using space-based SAR Interferometry
Συγγραφέας:
Fakhri, Falah
Επιβλέπων καθηγητής:
Παρχαρίδης, Ισαάκ
Περίληψη:
Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήθηκε στο ανατολικό τμήμα της βόρειας
Θεσσαλίας, το οποίο βρίσκεται στην Κεντρική Ελλάδα και έχει συνολική έκταση 3113.834 km 2Η περιοχή μελέτης χαρακτηρίζεται από πλήθος φυσικών και ανθρωπογενών κινδύνων που έχουν
τόσο σταδιακές όσο και ταχείες επιπτώσεις και οι οποίες έχουν ως συνέπεια τη δημιουργία μιας
απειλής προς τη σταθερότητα της αστικής υποδομής και των αγροτικών έργων. Έχουν σχέση με
την τεράστια υδρομάστευση των υπόγειων υδάτων για γεωργική άρδευση, καθώς και άλλες
χρήσεις, με το είδος λιθολογία, τα κανονικά ρήγματα που δραστηριοποιούνται στην περιοχή
μελέτης, τους σεισμούς, και πολλούς άλλους μικρότερης σημασίας παράγοντες.
Σύμφωνα με το ιστορικό των σεισμών, η περιοχή μελέτης χαρακτηρίζεται να έχει μία μέση προς
υψηλή σεισμικότητα, η οποία οφείλεται στο γεγονός ότι ο τελευταίος μεγάλος σεισμός (Ms =
6.1) εμφανίστηκε το 1941. Ωστόσο, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία δεν υπάρχει σεισμός με
μέγεθος μεγαλύτερο από Mw = 4 μετά το 1941.
Πρέπει να ληφθεί υπόψη το επιστημονικό γεγονός ότι κανένας σεισμός με μέγεθος μεγαλύτερο
από Μ = 4 δεν έχει παρατηρηθεί από το 1941. Επιπλέον, οι επιστημονικές απαιτήσεις για τον
εντοπισμό και τη διερεύνηση των αιτιών του χαμηλού μεγέθους σεισμών που σημειώθηκαν στην
περιοχή μελέτης μετά από το 1941 μέχρι σήμερα. Επιπλέον, πρέπει να ερευνηθούν οι συνεχείς
και δραματικές επιδράσεις της απόληψης των υπόγειων υδάτων στην (αντικειμενική)
σταθεροποίηση του εδάφους και υπεδάφους, καθώς και ο αντίκτυπος των άλλων παραμέτρων
που συμμετέχουν στην παραμόρφωση του εδάφους όπως ο τύπος της λιθολογίας και η σύσταση
του εδάφους. Η παρούσα έρευνα εφαρμόζεται, για την επαλήθευση της ικανότητας εφαρμογής
των τεχνικών συμβολομετρίας Synthetic Aperture Radio (συμβολομετρία SAR) αλλά και την
ανίχνευση της εδαφικής παραμόρφωσης που προκύπτει από την επίδρασης οποιαδήποτε αίτιας
εντός των αστικών και μη αστικών περιοχών εφαρμοστεί.
Κατά συνέπεια, οι στόχοι της παρούσας μελέτης είναι να εξακριβωθεί η δυνατότητα εφαρμογής
των τεχνικών Συμβολομετρίας SAR interferometric στην ανίχνευση βραχυπρόθεσμης και
μακροπρόθεσμης παραμόρφωσης, καθώς και η διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν
την παραμόρφωση του εδάφους στην περιοχή μελέτης.
Τρεις τεχνικές συμβολομετρίας SAR εφαρμόστηκαν με τη χρήση του λογισμικού GAMMA (SW): Η συμβατική (Conventional), η συμβολομετρίας στοιβάγματος (Stacking Interferometric),
και η Persistent Scatterer Interferometric (PSI). Χρησιμοποιήθηκαν, δύο σύνολα δεδομένων από
τον δορυφόρο ERS 1/2 και τον περιβαλλοντικό δορυφόρο Advanced Synthetic Aperture Radar
.
(ASAR ENVISAT), ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάς κατά τη διάρκεια των περιόδων
1995-2008 και 1992-2010, αντίστοιχα.
Τα αποτελέσματα ήταν τα ακόλουθα:
- Τα αποτελέσματα των τριών τεχνικών στα δεδομένα ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάς
δείχνουν ότι οι παραμορφώσεις καθίζησης και ανύψωσης καττανέμονται σε ολόκληρη την
περιοχή μελέτης.
- Κανένα μοτίβο συμβολομετρικής παραμόρφωσης δεν παρατηρήθηκε στις αγροτικές
καλλιέργειες την εφαρμογή της συμβολομετρίας στοιβάγματος στις εικόνες ανερχόμενης και
κατερχόμενης τροχιάς, Ωστόσο μοτίβα συμβολομετρικής παραμόρφωσης εντοπίστηκαν σε
αστικές και ορεινές περιοχές.
- Μοτίβα συμβολομετρικής παραμόρφωσης παρατηρήθηκαν εντός των αστικών και των
αγροτικών περιοχών μέσω της εφαρμογής της συμβατικής τεχνικής στις εικόνες ανερχόμενης
και κατερχόμενης τροχιάς με την εφαρμογή σε βραχυπρόθεσμη περίοδο.
- Τα αποτελέσματα της συμβολομετρίας στοιβάγματοςτων εικόνων κατερχόμενης τροχιάς
δείχνουν την μικρή κατανομή των προτύπων πυκνότητας σε σύγκριση με τις εικόνες
ανερχόμενης τροχιάς Επιπλέον, ο αριθμός των υποψήφιων σημείων στην κατερχόμενη τροχιά
είναι μικρότερος από τον αριθμό των υποψήφιων σημείων στην ανερχόμενη τροχιά. Ερμηνεία
αυτή της περίπτωσης λαμβάνει χώρα σε ζεύγη μεταξύ των διαφορετικών εποχών και συνήθως
συναντά ισχυρότερες ατμοσφαιρικές επιδράσεις (κυρίως ισχυρότερες ατμοσφαιρικές επιδράσεις
ανάλογα με το υψόμετρο).
- Τα αποτελέσματα της συμβολομετρίας στοιβάγματος των εικόνων κατερχόμενης τροχιάς
δείχνουν μικρή κατανομή των προτύπων πυκνότητας σε σύγκριση με αυτές της ανερχόμενης
τροχιάς.
- Παρατηρήθηκε ,ια άμεση συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των συμβολογραμμάτων και της
μέσης συνοχής των εικόνων ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάςκομμάτια εντός της αστικής
περιοχής. Ωστόσο, παρατηρήθηκε ένας αντίστροφος συσχετισμός μεταξύ του αριθμού των
συμβολογραμμάτων και της μέσης συνοχής στις καλλιεργούμενες περιοχές.
- Παρατηρήθηκε μία άμεση συσχέτιση μεταξύ της μακράς κάθετης γραμμής βάσης και του
αποτελέσματος για τον αριθμό των συμβολογραμμάτων. Επιπλέον βρέθηκε μια άμεση
συσχέτιση μεταξύ των φάσεων και μακράς κάθετης γραμμή βάσης.- Βρέθηκε μια σημαντική συσχέτιση μεταξύ της διακύμανσης της στάθμης των υπόγειων υδάτων
και της παραμόρφωσης του εδάφους στις εικόνες ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάς, παρά
τις σύντομες χρονοσειρές της ανερχόμενης τροχιά (1995-2006) και τη μεγάλη απόσταση μεταξύ
των γεωτρήσεων και των πολλών υποψήφιων σημείων του PSI στις εικόνες κατερχόμενης
τροχιάς. Αυτό μπορεί να οφείλεται στις μικρές αποστάσεις μεταξύ των γεωτρήσεων και των
πολλών υποψήφιων σημείων που ελήφθησαν για την ανερχόμενη τροχιά ή στο μεγάλο εύρος
των δεδομένων των χρονοσειρών (1992-2010) της κατερχόμενης τροχιάς.
- Βρέθηκαν αποτελέσματα από τη συμβατική τεχνική για την εποχιακή παραμόρφωση. Αυτό
οφείλεται στη διακύμανση της στάθμης των υπογείων υδάτων, η οποία διαδραματίζει σημαντικό
ρόλο μέσω της επίδρασής της στην εδαφική παραμόρφωση σε σύντομα χρονικά διαστήματα έως
και ένα μήνα.
- Οι διαφορές στο ποσοστό παραμόρφωσης του εδάφους των ίδιων οικισμών που προκύπτουν
από την τεχνική του συμβολομετρικού στοιβάγματος των δύο τροχιών, ανερχόμενης και
κατερχόμενης, μπορεί να αποδοθεί στη διαφορά μεταξύ των αριθμών των συμβολογραμμάτων
εντός κάθε συμβολομετρικού στοιβάγματος, δεδομένου ότι υπήρχαν 29 εικόνες κατά την
ανερχόμενη τροχιά και 70 εικόνες στην κατερχόμενη τροχιά. Επιπλέον, υπήρχαν διαφορές
μεταξύ των χρονικών περιόδων των εικόνων radar μέσα σε κάθε τροχιά και μεταξύ των θέσεων
των σημείων αναφοράς μέσα σε κάθε τροχιά.
- Η τεχνική PSI, μέσω της εφαρμογής της χωρικής συσχέτισης μεταξύ των θέσεων των
υποψήφιων σημείων και τα ίχνη των ρηγμάτων, αποκαλύπτει και/ή υποδεικνύει την πιθανότητα
της επιρροής των κινήσεων των ρηγμάτων στην παραμόρφωση του εδάφους.
- Ο άλλος κύριος λόγος για την παραμόρφωση είναι η συμπύκνωση των υλικών που προκαλείται
από την υπεράντληση του υπόγειου νερού και αυτό σχετίζεται με την τοπική παραμόρφωση.
Αυτή η συμπίεση των υλικών μπορεί να παράγει ένα μικρο-σεισμούς μεγέθους 3 έως 4.
- Οι τεχνικές συμβολομετρίας SAR ανέδειξαν με επιτυχία τις επιπτώσεις του τύπου λιθολογίας
στην παραμόρφωση του εδάφους τόσο στις εικόνες ανερχόμενης όσο και στις εικόνες
κατερχόμενης τροχιάς.
- Πολλές από τις παραμέτρους επιδρούν ταυτόχρονα και οι επιπτώσεις που επιφέρουν στην
παραμόρφωση του εδάφους στην περιοχή μελέτης, είναι δύσκολο να διαχωριστούν και να
ξεχωρίσει ποιος παράγοντας επηρεάζει περισσότερο, παρά την εφαρμογή στατιστικής
συσχέτισης.
Θεσσαλίας, το οποίο βρίσκεται στην Κεντρική Ελλάδα και έχει συνολική έκταση 3113.834 km 2Η περιοχή μελέτης χαρακτηρίζεται από πλήθος φυσικών και ανθρωπογενών κινδύνων που έχουν
τόσο σταδιακές όσο και ταχείες επιπτώσεις και οι οποίες έχουν ως συνέπεια τη δημιουργία μιας
απειλής προς τη σταθερότητα της αστικής υποδομής και των αγροτικών έργων. Έχουν σχέση με
την τεράστια υδρομάστευση των υπόγειων υδάτων για γεωργική άρδευση, καθώς και άλλες
χρήσεις, με το είδος λιθολογία, τα κανονικά ρήγματα που δραστηριοποιούνται στην περιοχή
μελέτης, τους σεισμούς, και πολλούς άλλους μικρότερης σημασίας παράγοντες.
Σύμφωνα με το ιστορικό των σεισμών, η περιοχή μελέτης χαρακτηρίζεται να έχει μία μέση προς
υψηλή σεισμικότητα, η οποία οφείλεται στο γεγονός ότι ο τελευταίος μεγάλος σεισμός (Ms =
6.1) εμφανίστηκε το 1941. Ωστόσο, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία δεν υπάρχει σεισμός με
μέγεθος μεγαλύτερο από Mw = 4 μετά το 1941.
Πρέπει να ληφθεί υπόψη το επιστημονικό γεγονός ότι κανένας σεισμός με μέγεθος μεγαλύτερο
από Μ = 4 δεν έχει παρατηρηθεί από το 1941. Επιπλέον, οι επιστημονικές απαιτήσεις για τον
εντοπισμό και τη διερεύνηση των αιτιών του χαμηλού μεγέθους σεισμών που σημειώθηκαν στην
περιοχή μελέτης μετά από το 1941 μέχρι σήμερα. Επιπλέον, πρέπει να ερευνηθούν οι συνεχείς
και δραματικές επιδράσεις της απόληψης των υπόγειων υδάτων στην (αντικειμενική)
σταθεροποίηση του εδάφους και υπεδάφους, καθώς και ο αντίκτυπος των άλλων παραμέτρων
που συμμετέχουν στην παραμόρφωση του εδάφους όπως ο τύπος της λιθολογίας και η σύσταση
του εδάφους. Η παρούσα έρευνα εφαρμόζεται, για την επαλήθευση της ικανότητας εφαρμογής
των τεχνικών συμβολομετρίας Synthetic Aperture Radio (συμβολομετρία SAR) αλλά και την
ανίχνευση της εδαφικής παραμόρφωσης που προκύπτει από την επίδρασης οποιαδήποτε αίτιας
εντός των αστικών και μη αστικών περιοχών εφαρμοστεί.
Κατά συνέπεια, οι στόχοι της παρούσας μελέτης είναι να εξακριβωθεί η δυνατότητα εφαρμογής
των τεχνικών Συμβολομετρίας SAR interferometric στην ανίχνευση βραχυπρόθεσμης και
μακροπρόθεσμης παραμόρφωσης, καθώς και η διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν
την παραμόρφωση του εδάφους στην περιοχή μελέτης.
Τρεις τεχνικές συμβολομετρίας SAR εφαρμόστηκαν με τη χρήση του λογισμικού GAMMA (SW): Η συμβατική (Conventional), η συμβολομετρίας στοιβάγματος (Stacking Interferometric),
και η Persistent Scatterer Interferometric (PSI). Χρησιμοποιήθηκαν, δύο σύνολα δεδομένων από
τον δορυφόρο ERS 1/2 και τον περιβαλλοντικό δορυφόρο Advanced Synthetic Aperture Radar
.
(ASAR ENVISAT), ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάς κατά τη διάρκεια των περιόδων
1995-2008 και 1992-2010, αντίστοιχα.
Τα αποτελέσματα ήταν τα ακόλουθα:
- Τα αποτελέσματα των τριών τεχνικών στα δεδομένα ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάς
δείχνουν ότι οι παραμορφώσεις καθίζησης και ανύψωσης καττανέμονται σε ολόκληρη την
περιοχή μελέτης.
- Κανένα μοτίβο συμβολομετρικής παραμόρφωσης δεν παρατηρήθηκε στις αγροτικές
καλλιέργειες την εφαρμογή της συμβολομετρίας στοιβάγματος στις εικόνες ανερχόμενης και
κατερχόμενης τροχιάς, Ωστόσο μοτίβα συμβολομετρικής παραμόρφωσης εντοπίστηκαν σε
αστικές και ορεινές περιοχές.
- Μοτίβα συμβολομετρικής παραμόρφωσης παρατηρήθηκαν εντός των αστικών και των
αγροτικών περιοχών μέσω της εφαρμογής της συμβατικής τεχνικής στις εικόνες ανερχόμενης
και κατερχόμενης τροχιάς με την εφαρμογή σε βραχυπρόθεσμη περίοδο.
- Τα αποτελέσματα της συμβολομετρίας στοιβάγματοςτων εικόνων κατερχόμενης τροχιάς
δείχνουν την μικρή κατανομή των προτύπων πυκνότητας σε σύγκριση με τις εικόνες
ανερχόμενης τροχιάς Επιπλέον, ο αριθμός των υποψήφιων σημείων στην κατερχόμενη τροχιά
είναι μικρότερος από τον αριθμό των υποψήφιων σημείων στην ανερχόμενη τροχιά. Ερμηνεία
αυτή της περίπτωσης λαμβάνει χώρα σε ζεύγη μεταξύ των διαφορετικών εποχών και συνήθως
συναντά ισχυρότερες ατμοσφαιρικές επιδράσεις (κυρίως ισχυρότερες ατμοσφαιρικές επιδράσεις
ανάλογα με το υψόμετρο).
- Τα αποτελέσματα της συμβολομετρίας στοιβάγματος των εικόνων κατερχόμενης τροχιάς
δείχνουν μικρή κατανομή των προτύπων πυκνότητας σε σύγκριση με αυτές της ανερχόμενης
τροχιάς.
- Παρατηρήθηκε ,ια άμεση συσχέτιση μεταξύ του αριθμού των συμβολογραμμάτων και της
μέσης συνοχής των εικόνων ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάςκομμάτια εντός της αστικής
περιοχής. Ωστόσο, παρατηρήθηκε ένας αντίστροφος συσχετισμός μεταξύ του αριθμού των
συμβολογραμμάτων και της μέσης συνοχής στις καλλιεργούμενες περιοχές.
- Παρατηρήθηκε μία άμεση συσχέτιση μεταξύ της μακράς κάθετης γραμμής βάσης και του
αποτελέσματος για τον αριθμό των συμβολογραμμάτων. Επιπλέον βρέθηκε μια άμεση
συσχέτιση μεταξύ των φάσεων και μακράς κάθετης γραμμή βάσης.- Βρέθηκε μια σημαντική συσχέτιση μεταξύ της διακύμανσης της στάθμης των υπόγειων υδάτων
και της παραμόρφωσης του εδάφους στις εικόνες ανερχόμενης και κατερχόμενης τροχιάς, παρά
τις σύντομες χρονοσειρές της ανερχόμενης τροχιά (1995-2006) και τη μεγάλη απόσταση μεταξύ
των γεωτρήσεων και των πολλών υποψήφιων σημείων του PSI στις εικόνες κατερχόμενης
τροχιάς. Αυτό μπορεί να οφείλεται στις μικρές αποστάσεις μεταξύ των γεωτρήσεων και των
πολλών υποψήφιων σημείων που ελήφθησαν για την ανερχόμενη τροχιά ή στο μεγάλο εύρος
των δεδομένων των χρονοσειρών (1992-2010) της κατερχόμενης τροχιάς.
- Βρέθηκαν αποτελέσματα από τη συμβατική τεχνική για την εποχιακή παραμόρφωση. Αυτό
οφείλεται στη διακύμανση της στάθμης των υπογείων υδάτων, η οποία διαδραματίζει σημαντικό
ρόλο μέσω της επίδρασής της στην εδαφική παραμόρφωση σε σύντομα χρονικά διαστήματα έως
και ένα μήνα.
- Οι διαφορές στο ποσοστό παραμόρφωσης του εδάφους των ίδιων οικισμών που προκύπτουν
από την τεχνική του συμβολομετρικού στοιβάγματος των δύο τροχιών, ανερχόμενης και
κατερχόμενης, μπορεί να αποδοθεί στη διαφορά μεταξύ των αριθμών των συμβολογραμμάτων
εντός κάθε συμβολομετρικού στοιβάγματος, δεδομένου ότι υπήρχαν 29 εικόνες κατά την
ανερχόμενη τροχιά και 70 εικόνες στην κατερχόμενη τροχιά. Επιπλέον, υπήρχαν διαφορές
μεταξύ των χρονικών περιόδων των εικόνων radar μέσα σε κάθε τροχιά και μεταξύ των θέσεων
των σημείων αναφοράς μέσα σε κάθε τροχιά.
- Η τεχνική PSI, μέσω της εφαρμογής της χωρικής συσχέτισης μεταξύ των θέσεων των
υποψήφιων σημείων και τα ίχνη των ρηγμάτων, αποκαλύπτει και/ή υποδεικνύει την πιθανότητα
της επιρροής των κινήσεων των ρηγμάτων στην παραμόρφωση του εδάφους.
- Ο άλλος κύριος λόγος για την παραμόρφωση είναι η συμπύκνωση των υλικών που προκαλείται
από την υπεράντληση του υπόγειου νερού και αυτό σχετίζεται με την τοπική παραμόρφωση.
Αυτή η συμπίεση των υλικών μπορεί να παράγει ένα μικρο-σεισμούς μεγέθους 3 έως 4.
- Οι τεχνικές συμβολομετρίας SAR ανέδειξαν με επιτυχία τις επιπτώσεις του τύπου λιθολογίας
στην παραμόρφωση του εδάφους τόσο στις εικόνες ανερχόμενης όσο και στις εικόνες
κατερχόμενης τροχιάς.
- Πολλές από τις παραμέτρους επιδρούν ταυτόχρονα και οι επιπτώσεις που επιφέρουν στην
παραμόρφωση του εδάφους στην περιοχή μελέτης, είναι δύσκολο να διαχωριστούν και να
ξεχωρίσει ποιος παράγοντας επηρεάζει περισσότερο, παρά την εφαρμογή στατιστικής
συσχέτισης.
Ημερομηνία κατάθεσης:
2013-07-03
Γλώσσες Τεκμηρίου:
Αγγλικά
Λοιπά Θέματα:
Συμβολομετρία SAR
SAR Interferometry
Συμβολομετρία - Ελλάδα - Θεσσαλία
Interferometry - Greece - Thessaly
Seasonal deformation
Ύδατα, Υπόγεια - Ελλάδα - Θεσσαλία
Groundwater - Greece - Thessaly
Rock deformation - Greece - Thessaly
Persistent scatterer interferometry
SAR Interferometry
Συμβολομετρία - Ελλάδα - Θεσσαλία
Interferometry - Greece - Thessaly
Seasonal deformation
Ύδατα, Υπόγεια - Ελλάδα - Θεσσαλία
Groundwater - Greece - Thessaly
Rock deformation - Greece - Thessaly
Persistent scatterer interferometry
Περιγραφή:
455 σ., εικ., διαγρ., πίν., χάρτες, σχ.
Άδεια χρήσης:
Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Όχι Παράγωγα Έργα 4.0
