Landabsenkung ist ein Phänomen, bei dem die Erdoberfläche nach unten absinkt. Es tritt hauptsächlich aufgrund menschlicher Aktivitäten auf, wie z. B. übermäßige Grundwasserentnahme. Es ist ein großes globales Problem, von dem 19 % der Weltbevölkerung betroffen sind. In Japan versinken bereits Teile der Metropolregion Tokio. Dieser Prozess kann die Überflutung von Küstengebieten beschleunigen und Schäden an Gebäuden und Infrastruktur verursachen. Daher ist die Überwachung der Bodensenkung von entscheidender Bedeutung.
In Japan werden Beobachtungsbrunnen verwendet, um alle paar Monate Änderungen der Landoberfläche und des Grundwasserspiegels zu messen. Auch das globale Navigationssatellitensystem (GNSS) ist beliebt. Beobachtungsbrunnen sind jedoch zuverlässiger, da atmosphärische Effekte GNSS-Beobachtungen verändern können. Beobachtungsbrunnen erfordern eine regelmäßige Wartung ihrer Maschinen, was teuer ist.
Darüber hinaus gibt es einen voraussichtlichen Mangel an Ingenieuren, die für diese Aufgabe qualifiziert sind, da die japanische Bevölkerung mit sinkender Geburtenrate älter wird. Vor diesem Hintergrund gewinnt eine neue Technik zur Überwachung von Bodensenkungen – das interferometrische Radar mit synthetischer Apertur (InSAR) – an Aufmerksamkeit.
Kürzlich hat Katsunoshin Nishi, ein Ph.D. Student an der Graduate School of Science and Engineering der Chiba University, Japan, wendete zusammen mit einer Gruppe von Forschern konsekutives differentielles InSAR (DInSAR) an, um Landabsenkungen in den Städten Yokohama, Yokosuka und Miura der Präfektur Kanagawa in Japan zu untersuchen. Sie verglichen die erhaltenen Ergebnisse mit denen anderer Überwachungstechniken. Ihre Arbeit wurde veröffentlicht in Geocarto International.
„InSAR ist eine Fernerkundungstechnik, die zwei Satelliten-SAR-Bilder verwendet, um die Oberflächenhöhe zu messen. Sie nutzt die Phase der Satellitensignalwellen für den Zweck. Einen Schritt weiter gehend, kann konsekutives DInSAR millimetergenaue Änderungen der Höhe in Zeitreihen messen Erkennung von Landabsenkungen. Sie werden anhand der Absenkungsrate oder Landoberflächengeschwindigkeit quantifiziert“, erklärt Herr Nishi.
Die Arbeit beinhaltete auch Beiträge von Masaaki Kawai von Mitsubishi Heavy Industries Ltd, Japan, Bowo Eko Cahyono von der University of Jember, Indonesien, Mirza Muhammad Waqard von Lumir Inc, Korea, Kaori Nishi von Bella Earther, Japan und Josaphat Tetuko Sri Sumantyo Chiba University , Japan und der Universitas Sebelas Maret, Indonesien.
In ihrer Studie analysierten die Forscher die Bilder, die vom Satellitenprogramm Sentinel 1 der Europäischen Weltraumorganisation aufgenommen wurden – von August 2017 bis März 2022 mit der SARPROZ-Software, die DInSAR implementiert. Darüber hinaus formulierten sie auch ein neues Berechnungsmodell namens „Das Gesetz der Materialerhaltung“. Es verwendet Oberflächendruckwerte, um den Grundwasserspiegel sowie die Höhe und Ursache von Landabsenkungen zu berechnen.
Die Forscher fanden heraus, dass die konsekutiven DInSAR-Ergebnisse sowohl mit Beobachtungsbohrungen als auch mit GNSS-Daten übereinstimmten. Seine mittlere Senkungsrate von 1,58 cm/Jahr lag jeweils innerhalb von 0,02 cm/Jahr und 0,90 cm/Jahr ihrer entsprechenden Werte. Auch sein mittlerer mittlerer quadratischer Fehler (RMSE) betrug 0,39 cm/Jahr bzw. 0,46 cm/Jahr der entsprechenden Werte. Darüber hinaus könnten die Bodensenkungsmechanismen durch das vorgeschlagene Gesetz genau identifiziert werden.
Abschließend hebt Herr Nishi das langfristige Potenzial der neuen Überwachungstechnik hervor. „Durch die Nutzung von konsekutiven DInSAR- und Satellitendaten kann die Regierung wirksame und zeitnahe Maßnahmen zur Bekämpfung von Landsenkungen ergreifen. Darüber hinaus wird die Bestimmung des Ausmaßes und der Ursache von Landsenkungen es der Verwaltung ermöglichen, Schwellenwerte für Landsenkungen festzulegen und die Grundwassernutzung zu begrenzen Küstenregionen oder zuvor von Land abgesenkte Gebiete können sicher und geschützt leben.“
Insgesamt kann Consecutive DInSAR in Zukunft möglicherweise die Bohrlochbeobachtungstechnik für Landsenkungen ersetzen.
Mehr Informationen:
Katsunoshin Nishi et al, Consecutive DINSAR und gut basierend auf dem Gesetz der Materialerhaltung zwischen Landoberflächendruck und Grundwasser, um Landsenkungen zu beobachten, Geocarto International (2022). DOI: 10.1080/10106049.2022.2159069
Bereitgestellt von der Universität Chiba