فرونشست زمین‌های آسیایی و آسیب‌ به شهرنشینی

فرونشست یک نگرانی بزرگ جهانی است که 19 درصد از جمعیت جهان را تحت تأثیر قرار می‌دهد. محققان دریافته‌اند که فرونشست زمین در کشورهای شرق آسیا نظیر چین، ژاپن، اندونزی و هند با طیفی از عوامل همچون بالا آمدن سطح آب دریا، برداشت آب‌های زیرزمینی و وزن بالای ساختمان‌های شهری روبه افزایش است. ساختمان‌های بلند در حال رشد و سیستم‌های جاده‌ای در حال گسترش هستند و استفاده از آب‌های زیرزمینی با سرعتی زیاد رو به افزایش است. مطالعات نشان می‌دهد که بحران فرونشست زمین شهرهای جاکارتا در اندونزی، دهلی در هند، توکیو در ژاپن و تیانجین و پکن در چین را فرا گرفته است.
علاوه بر رویدادهای طبیعی همچون زلزله، فعالیت آتشفشانی، تراکم رسوبات ریزدانه تجمیع‌نشده و موقعیت زمین‌شناسی هر شهر و عمق سنگ بستر که بر میزان وزن قابل‌تحمل توسط زمین بدون فرونشست تأثیر دارد، محققان ارتباطی قوی بین فرونشست شهرها و از دست دادن آب زیرزمینی پیدا کردند؛ استخراج بیش از حد آب‌های زیرزمینی توسط انسان و حذف آب ذخیره‌شده در منافذ لایه‌های زیرسطحی و انتقال آن برای مصرف انسانی و آبیاری در کشاورزی، باعث ایجاد فضای خالی در پوسته زیر زمین می‌شود که تحمل وزن بالای پوسته را کاهش می‌دهد.
یکی دیگر از عوامل مؤثر در فرونشست زمین، شبکه‌های حمل‌ونقل شهری و قطارهایی است که علاوه بر وزن اضافی، موجب ایجاد ارتعاش در زمین و لایه‌های زیرین آن می‌شوند. همچنین حفاری‌های انجام‌شده برای استخراج هیدروکربن‌ها و استخراج معدن نیز که هر دو منجر به ایجاد حفره‌های خالی در زمین می‌شوند، از عوامل تأثیرگذار بر فرونشست هستند. فرونشست زمین به زیرساخت‌های شهری و مردم آسیب می‌رساند و با شکافتن زمین شهرها را با افزایش خطر سیل تهدید می‌کند.
*فرونشست در ژاپن
بعضی از بخش‌های منطقه شهری توکیو در حال فرونشست است که این فرایند می‌تواند باعث تسریع در آبگرفتگی مناطقو آسیب به ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها شود. بنابراین، نظارت بر این مسئله بسیار برای مسئولان ژاپنی اهمیت دارد زیرا بسیاری از شهرهای این کشور روی گسل‌های زمین‌لرزه‌ای قرار دارند. چاه‌های سنجشی در ژاپن، برای اندازه‌گیری تغییرات سطح آب زیرزمینی و تراکم پوسته زیرزمین حفاری شده است که هر چند ماه یک‌بار توسط کارشناسان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این چاه‌ها از سیستم جهانی ماهواره‌ای (GNSS) قابل‌اعتمادتر هستند ولی به تعمیر و نگهداری منظم ماشین‌آلات دارند که روش گرانی به‌شمار می‌آید.
توکیو یکی از شهرهایی است که به‌دلیل برداشت آب‌های زیرزمینی، فرونشست زمین قابل توجهی را تجربه کرده است. در دهه 1960، بخش‌هایی از توکیو با 240 میلی متر در سال فرونشست داشت. این فرونشست سریع منجر به جاری شدن سیل و آسیب به زیرساخت‌ها شد اما در پاسخ، دولت توکیو مقررات سختگیرانه‌ای را برای استفاده از آب‌های زیرزمینی اجرا کرد و با موفقیت نرخ فرونشست را کاهش داد.
با این حال، مناطق دیگر ژاپن همچنان با این مشکل مواجه هستند. در اوزاکا، یکی دیگر از شهرهای بزرگ، فرونشست زمین به دلیل استخراج آب‌های زیرزمینی همچنان یک مشکل مهم است. این شهر در یک منطقه کم ارتفاع در نزدیکی ساحل واقع شده است که همین امر، این شهر را به‌ویژه در برابر سیل آسیب‌پذیر می‌کند.
علاوه بر این، با افزایش سن جمعیت ژاپن و کاهش نرخ زادوولد، پیش‌بینی می‌شود که این کشور با کمبود کارشناسان واجد شرایط برای انجام این کار مواجه شود. در این راستا، یک تکنیک جدید پایش فرونشست زمین به نام رادار دیافراگم مصنوعی تداخل‌سنجی (InSAR) ابداع و مورد توجه قرار گرفته است.
InSAR یک تکنیک سنجش از راه دور است که از دو تصویر SAR ماهواره‌ای برای اندازه‌گیری ارتفاع سطح استفاده می‌کند و این کار را با استفاده از فاز امواج سیگنال ماهواره‌ای انجام می‌دهد. در مرحله بعدی، تغییرات میلی‌متری ارتفاع را در سری‌های زمانی اندازه‌گیری می‌کند که در نتیجه می‌تواند فرونشست زمین را تشخیص دهد. این کار با مشارکت دانشمندانی از ژاپن، اندونزی و کره جنوبی انجام شده است.
*فرونشست در هند
استخراج بیش از حد آب‌های زیرزمینی منجر به فرونشست خطرناک زمین در کاپاشرا، یک منطقه شهری در نزدیکی فرودگاه بین‌المللی دهلی و در فریدآباد، بخشی از منطقه بزرگ‌تر شهری دهلی شده است. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داده است که حدود 100 کیلومترمربع در دهلی و اطراف آن در معرض خطر بالای فرونشست قرار دارد.
بر اساس تصاویر ماهواره‌ای میزان فرونشست در کاپاشرا بیش از 11 سانتی‌متر در سال و در فریدآباد سه سانتی‌متر در سال است. هر دو منطقه بین سال‌های 2014 و 2020 فرونشست بسیار وخیمی را تجربه کردند که با میزان کاهش آب‌های زیرزمینی مرتبط بود. در مقابل، دوارکا که قبلاً در حال فرونشست بود، روند روبه‌بهبودی نشان داده است که این پیشرفت به‌دلیل سیستم‌های مدیریت آب زیرزمینی انعطاف‌پذیر همچون تشویق به برداشت آب باران است.
نقاط فرونشست در دهلی در مراکز صنعتی با رشد سریع، نواحی پیرامونی و سکونتگاه‌های زاغه‌نشین واقع شده که تأیید می‌کند فرونشست اغلب با پویایی توسعه شهری مرتبط است.
استادیار هیدروژئولوژی در مؤسسه فناوری کاراگپور هند معتقد است که فرونشست بیشتر در شهرهای ساخته‌شده روی رسوبات نرم مشاهده می‌شود و بر این اساس شهرهای ساحلی خولنا و کلکته در دلتای گنگ‌براهماپوترا، هانوی در رودخانه سرخ و دلتای مکونگ، منطقه خلیج کالیفرنیا در مکزیکوسیتی، چندین حوضه در ایران و شمال شرق چین در حال فرونشست قابل‌توجهی هستند.
سفره‌های زیرزمینی تحت فشار هند که خاک رس زیادی دارند، بیشتر مستعد فرونشست هستند؛ خاک دهلی به‌طور عمده آبرفتی است که غنی از خاک رس و در نتیجه آسیب‌پذیر است و این موضوع می‌تواند آسیب قابل‌توجهی به ساختمان‌ها، پل‌ها، خطوط لوله، راه‌آهن و کانال‌ها وارد کند، حتی فرونشست جزئی در مناطق پرجمعیت می‌تواند زندگی مردم را به خطر بیندازد.
راه‌حل‌هایی برای جبران استخراج بیش از حد آب‌های زیرزمینی، شارژ مجدد آب‌های زیرزمینی با برداشت آب باران، تغذیه مدیریت‌شده سفره‌های زیرزمینی، احیای حوضچه‌ها، مهار پمپاژ غیرقانونی آب‌های زیرزمینی و کاشت گونه‌های بومی است که می‌تواند به حفظ آب‌های زیرزمینی کمک کند.
*تحقیقات مبتنی‎‌بر هوش مصنوعی
محققان دانشکده معادن کلرادو در ایالت متحده آمریکا تحقیقاتی مبتنی‌بر هوش مصنوعی انجام دادند که نشان داد رشد جمعیت نقش غیرقابل انکاری در استخراج منابع دارد که منجر به فرونشست زمین شده است. بر اساس این تحقیقات بیش از 6.3 میلیون کیلومترمربع از سطح زمین که حدود پنج درصد از کل مساحت زمین می‌شود، مستعد فرونشست با نرخ بیشتر از پنج میلی‌متر در سال است و نیاز به استراتژی‌های مدیریتی برای کاهش روند فرونشست دارد.
از این میزان حدود 231 هزار کیلومتر مربع در مناطق شهری شناسایی شده است که نقشه تراکم جمعیت نشان می‌دهد حدود دو میلیارد نفر معادل 25 درصد جمعیت جهان در این مناطق پرخطر زندگی می‌کنند و تحت تأثیر آسیب‌های ناشی از فرونشست قرار دارند. به‌طور کلی، آسیای جنوبی بیشترین وسعت زمین در معرض خطر فرونشست (2.2 درصد از کل مساحت آن با نرخ فرونشست بیش از 50 میلی‌متر در سال) و همچنین بیشترین تعداد افراد تحت تأثیر (20 میلیون نفر) را در بر می‌گیرد. کشورهای دیگر با نرخ فرونشست بیش از 50 میلی‌متر در سال شامل فیلیپین، ایران، کاستاریکا، اندونزی و ازبکستان هستند.
مدل یادگیری ماشینی، برداشت آب زیرزمینی را به‌عنوان اصلی‌ترین عامل فرونشست زمین تعیین کرد و پس از آن فعالیت لرزه‌ای ناشی از زلزله، کاهش بارش‌های محیطی، کاهش ضخامت رسوب‌های زیرزمینی، افزایش دما، جنس خاک رس و تراکم جمعیت را در رده‌های بعدی قرار داد.
راهکارهای پیشنهادی این گروه تحقیقاتی برای کاهش فرونشست، به حداقل رساندن وابستگی به آب‌های زیرزمینی و اقدامات راهبردی شامل ارتقای بهره‌وری مصرف آب، اجرای چارچوب‌های نظارتی دقیق و تشویق شیوه‌های کشاورزی است که مصرف آب را بهینه می‌کند. علاوه بر این، سرمایه‌گذاری در فناوری‌های بازیافت و احیای آب می‌تواند دسترسی به آب را بدون اتکای بیش از حد به آب‌های زیرزمینی افزایش دهد.
حذف تدریجی روش‌های استخراج آب‌های زیرزمینی می‌تواند با استفاده از منابع جایگزین نظیر فاضلاب تصفیه‌شده، برداشت آب باران و مدیریت آب طوفان تکمیل شود. با این حال باید محدودیت‌های فضایی مخازن و امکان‌سنجی اقتصادی نمک‌زدایی آب دریا نیز در نظر گرفته شود.
با یکپارچه‌سازی شیوه‌های حفاظت، استفاده از نوآوری‌های تکنولوژیکی و متنوع‌سازی منابع آب، می‌توان یک اکوسیستم تأمین آب پایدار ایجاد کرد و چالش‌های زیست‌محیطی و اجتماعی‌اقتصادی مرتبط با برداشت بیش از حد از آب‌های زیرزمینی را کاهش داد. با افزایش جمعیت که وابستگی ما به آب‌های زیرزمینی را افزایش می‌دهد و تغییرات آب‌وهوایی که خشکسالی را افزایش می‌دهد، تأثیر کاهش آب‌های زیرزمینی بر فرونشست زمین همچنان یک مسئله مهم در سال‌های آینده خواهد بود.