Bodemdaling Groningen op basis van InSAR waarnemingen

Bodemdaling Groningen op basis van InSAR waarnemingen 1993-2008 NAM EP200805220295 Juli 2008

Inhoudsopgave 1 Introductie... 2 2 Methodologie... 5 2.1 Data en gebiedsbegrenzing... 5 2.2 Meettechnieken... 6 2.2.1 InSAR... 6 2.2.2 Waterpassingen... 9 2.3 Opzet voor vergelijking InSAR en waterpasmetingen... 10 2.3.1 Deformatie schattingen uit InSAR waarnemingen... 10 2.3.2 Deformatie schattingen uit waterpassingen... 13 2.3.3 Correlatie coëfficiënt en toetsgrootheden... 13 3 Vergelijking InSAR en waterpassingen 1993-2003... 14 3.1 Overzicht 1993-1998... 15 3.2 Overzicht 1993-2003... 15 4 Geschatte bodembeweging 2003-2008... 18 4.1 Op evaluatie locaties 2003-2006... 18 4.2 Per peilmerk 2003-2008... 19 5 Conclusies... 21 1

1 Introductie In de periode van 1 oktober 2003 tot 1 oktober 2007 is in een samenwerkingsverband tussen de Nederlandse Aardolie Maatschappij B.V. (NAM) en Technische Universiteit Delft (TU Delft) het Fundamenteel onderzoek Radar Interferometrie uitgevoerd. Dit onderzoek vond plaats in het kader van de Regeling Technologische Samenwerking, en werd ondersteund met een subsidie van SenterNovem, agentschap van het Ministerie van Economische Zaken. In dit onderzoek is de toepasbaarheid van radar interferometrie voor het schatten van de bodemdaling als gevolg van de gaswinning onderzocht. Het kwantificeren van de nauwkeurigheid van radar interferometrie is cruciaal voor de operationele inzetbaarheid van InSAR voor het monitoren van de bodemdaling. Omdat de bodemdaling in de orde van millimeters per jaar is, en zich uitstrekt over een groot gebied, is het schatten en scheiden van de foutenbronnen (onder andere topografie en atmosferisch signaal) van groot belang. Daarom wordt een netwerk van meetpunten met coherente fase waarnemingen gebruikt, de zogenaamde Persistent Scatterers (PS). Aangezien deze PS voornamelijk de bebouwing volgen, is de dichtheid in het landelijk gebied (0-25 PS/km 2 ) lager dan in het stedelijk gebied (> 100 PS/km 2 ). De gemiddelde dichtheid in het gebied dat onderhevig is aan bodemdaling is echter hoog genoeg (~40 PS/km 2 ) om het signaal van de bodemdaling te schatten. De precisie (1-sigma) van een enkele PS-InSAR deformatie schatting is ongeveer 3-5 millimeter. Om de betrouwbaarheid van de techniek te bepalen zijn de deformatie schattingen op basis van waarnemingen uit onafhankelijke, overlappende satellietbanen vergeleken, zie ref. [1]. Hieruit is gebleken dat de gemiddelde bodemdaling in de periode 1992-2005 1 millimeter per jaar of minder verschilt tussen de verschillende banen. Figuur 1: Geschatte deformatie (mm) per peilmerk locatie uit PS-InSAR waarnemingen in de periode december 2003 tot en met december 2007 (Envisat). Per peilmerk locatie is de deformatie geschat uit het gewogen gemiddelde van de PS binnen een straal van één kilometer. 2

Aansluitend is een vergelijking uitgevoerd met de bodemdaling berekend uit waterpassingen tot 2006. Hierbij is rekening gehouden met de meetonnauwkeurigheid van beide technieken, het feit dat beide technieken niet dezelfde meetpunten gebruiken (verschillende meetpunten kunnen deformeren als gevolg van verschillende oorzaken: gaswinning, ondiepe compactie etc.), en de hogere ruimtelijke dichtheid van PS-InSAR ten opzichte van waterpassingen, waardoor beide datasets nooit 100% identieke resultaten zullen opleveren. De correlatie tussen de bodemdaling berekend uit waterpassingen en PS-InSAR is 94%, indien aanwezige ruimtelijke trends en uitschieters uit beide technieken worden verwijderd. Dit is nagenoeg gelijk aan de correlatie die middels simulaties berekend is voor het bepalen van de bodembeweging uit onafhankelijke waterpas projecten. Deze simulaties zijn slechts gebaseerd op verschillen door meetonnauwkeurigheid; additionele verschillen ten gevolge van peilmerk instabiliteit zou de correlatie tussen onafhankelijke waterpassingen verder negatief beïnvloeden. De hoge correlatie tussen deformatie schattingen uit PS-InSAR en waterpassingen suggereert dat InSAR geschikt is als alternatieve techniek voor het monitoren van bodemdaling. Naast het reduceren van veiligheidsrisico s (meten vanuit de ruimte in plaats van meten langs drukke wegen), is de hogere ruimtelijke en temporele dichtheid (meetfrequentie) een voordeel ten opzichte van de conventionele waterpassingen. Dit rapport is het vervolg op de bijlage (ref. [2]) bij het meetplan Groningen dd. 31 oktober 2007 (ref. [3]). In deze bijlage is een vergelijking uitgevoerd tussen deformatie schattingen uit InSAR en waterpassingen in de opeenvolgende tijdsperiodes tussen de grote waterpassingen. Hieruit kan worden geconcludeerd dat er een sterke overeenkomst is tussen beide technieken, waarbij rekening dient te worden gehouden met een eventuele kleine ruimtelijke trend (kanteling) in de deformatie schattingen. In dit rapport wordt de vergelijking van de bodembeweging uit waterpasmetingen en InSAR waarnemingen voor de epoches 1993, 1998, 2003 en 2006 verder uitgewerkt. Tevens wordt de bodembeweging gerapporteerd in de periode vanaf december 2003 tot 1 januari 2008, gebaseerd op Envisat InSAR waarnemingen. Figuur 1 toont de deformatie schattingen per peilmerk locatie. De intentie van dit rapport is om aan te tonen dat InSAR een alternatieve techniek is voor het monitoren van bodemdaling en daarmee samenhangend, het calibreren van de prognoses. De grote waterpassing van 2008 zal in juni 2008 beginnen en naar verwachting in december 2008 worden voltooid. Door middel van extrapolatie is ook de bodemdaling geschat in de periodes die samenvallen met de twee grote waterpassingen (de gemiddelde meetdatum is respectievelijk juni 2003 en september 2008), zie Figuur 2. In dit document worden de stappen voor de berekening van de bodembeweging en de vergelijking met waterpassingen toegelicht. Hoofdstuk 2 beschrijft de methodologie voor de vergelijking van de geschatte bodembeweging uit InSAR en waterpassingen. Vervolgens worden de resultaten voor de periode 1993-2003 getoond in hoofdstuk 3. Hoofdstuk 4 behandelt de deformatie schattingen voor de periode 2003-2008, en geeft uitleg over het bijgevoegde bestand met de deformatie schattingen. 3

Figuur 2: Geschatte deformatie (mm) per peilmerk locatie uit PS-InSAR waarnemingen in de periode juni 2003 tot september 2008 (Envisat). De deformatie in de periode januariseptember 2008 is bepaald door middel van extrapolatie op basis van de gemiddelde PS snelheden in de periode 2003-2007. Per peilmerk locatie is de deformatie geschat uit het gewogen gemiddelde van de PS binnen een straal van één kilometer. 4

2 Methodologie Dit hoofdstuk beschrijft de methodologie die gebruikt is voor de vergelijking van de geschatte bodembeweging uit InSAR en waterpasmetingen. Deze vergelijking is gebaseerd op de integratie van twee geodetische meettechnieken, met elk hun eigen meetnauwkeurigheid. Achtereenvolgens worden de beschikbare data, de gebiedsbegrenzing, de karakteristieken en precisie van de meettechniek, en de vergelijkingsmethode toegelicht. In de InSAR techniek wordt gebruikt gemaakt van een tijdserie van radar opnames van een satelliet. Uit de fase waarnemingen van de Persistent Scatterers wordt de bodembeweging geschat. InSAR is een relatieve techniek, zowel in ruimte als in tijd. Waterpassen is eveneens een relatieve techniek, alhoewel de peilmerken gekoppeld zijn aan een referentie datum, het NAP. De waarnemingen zijn de hoogteverschillen tussen peilmerken, die in opeenvolgende epochen gemeten worden. 2.1 Data en gebiedsbegrenzing Fase waarnemingen van de ERS en Envisat satelliet zijn gebruikt voor het schatten van de bodembeweging. Figuur 3 laat de verdeling van acquisities in de tijd zien van de klimmende (487) en dalende (380) banen die de gehele bodemdalingskom van Groningen bedekken. De radarbeelden in de periode 1992-2003 zijn opgenomen door ERS-1 en ERS-2. Vanaf 21 december 2003 zijn vrijwel iedere 35 dagen radarbeelden opgenomen door Envisat voor track 380. Deze rapportage bestrijkt de periode tot en met 30 december 2007. In totaal zijn er 41 Envisat acquisities, waarvan 40 interferogrammen zijn gevormd. Vanwege voorrang aan commerciële partijen tijdens het onderzoeksproject in de periode 2003-2007, zijn er voor track 487 van Envisat nog niet voldoende opnamen voor een betrouwbare PS-InSAR analyse. Vanaf januari 2008 zijn de beelden door NAM als commerciële partij aangevraagd, waardoor de opnamefrequentie is verhoogd (in de periode 2006-2008 is een tijdserie van 13 beelden opgebouwd). Figuur 3: ERS en Envisat acquisities in de periode 1992-2007. 5

In de tijdsperiode waarin ERS en Envisat operationeel zijn, zijn drie grote waterpassingen uitgevoerd in het Groningen gebied: in 1993, 1998 en 2003. Een kleine waterpassing is uitgevoerd in 2006. Dit rapport spitst zich toe op het Groningen gasveld. De begrenzing van het gebied is gekozen op 10 kilometer afstand van het Gas Water Contact (GWC) van het Groningen gasveld, zie Figuur 4. Figuur 4: Het Groningen onderzoeksgebied, inclusief profiel lijnen. Het Gas Water Contact is weergegeven met een groene lijn. 2.2 Meettechnieken Om de deformatie schattingen tussen InSAR en waterpassen te vergelijken, is de precisiebeschrijving van beide technieken nodig. In deze paragraaf worden achtereenvolgens de karakteristieken van InSAR en waterpassen als meettechniek beschouwd. 2.2.1 InSAR De kracht van PS-InSAR ligt in de ruimtelijke en temporele dichtheid van deformatieschattingen, gebruikmakende van natuurlijke, d.w.z. niet speciaal voor dit doel geconstrueerde, objecten in het terrein. De opname frequentie vanuit een enkele satellietbaan is 35 dagen; de PS dichtheid varieert van 0-25 PS/km 2 in het landelijke gebied tot meer dan 100 PS/km 2 in het stedelijke gebied. Wat betreft de precisie wordt een onderscheid gemaakt tussen eerste orde PS en twee orde PS. De eerste orde PS zijn de objecten met de hoogste precisie. Ze zijn geselecteerd op basis van hun consistente reflectiepatroon, op basis van de genormaliseerde amplitude dispersie (standaard afwijking van de sterkte van de reflectie in de tijd gedeeld door de gemiddelde reflectie), die gerelateerd is aan de precisie van de fasewaarnemingen. De fasewaarnemingen van de eerste orde PS worden gebruikt om de atmosferische verstoringen te schatten. Vervolgens wordt het PS netwerk verdicht met tweede orde PS. Figuur 5 toont de precisie van de 6

bodemdalingssnelheden ten opzichte van het centrale referentie punt in mm/jaar (links) en de relatieve precisie van deformatie schattingen per epoche in mm (rechts). Figuur 5: Precisie van de Envisat waarnemingen die gebruikt zijn om de bodembeweging in de periode 2003-2007 te schatten. Links: precisie van de PS snelheden (mm/jaar) ten opzichte van de referentie PS. Rechts: de precisie van PS deformatie schattingen (mm) van tweede orde netwerk PS ten opzichte van de dichtstbijzijnde PS in het eerste orde netwerk (rechts). De relatieve precisie van deformatie schattingen is onafhankelijk van de keuze van het referentiepunt, maar wordt lager naarmate de afstand tussen de PS toeneemt. Het referentie punt ligt in het midden van het beeld, in het overlappende gedeelte van de zwarte lijnen. Gezien de data dimensies (meer dan 100.000 PS voor een enkele track), zijn alleen de PS met de hoogste relatieve precisie (< 5 mm) geselecteerd. Verder heeft op basis van de PS dichtheid een verdere data reductie plaatsgevonden die maximaal 1 PS per 100x100 meter oplevert. Tevens zijn door middel van een datasnooping procedure uitschieters uit de data verwijderd. Figuur 6 toont de PS dichtheid na data reductie. Uit de analyse van meerdere ERS tracks is gebleken, dat er over een afstand van 100 kilometer ruimtelijke trends van maximaal enkele millimeters per jaar in de geschatte deformatiesnelheden kunnen zitten, vooral in de oost-west richting. De aanwezigheid van trends is overigens niet beperkt tot InSAR: ook de geschatte hoogtes uit waterpassingen kunnen onderhevig zijn aan ruimtelijke trends door foutenvoortplanting in het waterpasnetwerk. Aangezien een enkele InSAR track een gebied van 100 bij 100 kilometer beslaat, is het mogelijk om de ruimtelijk trends te schatten uit de data zelf. Voorwaarde hiervoor is dat het merendeel van het door de InSAR track bedekte gebied stabiel is, of dat stabiel veronderstelde regio s kunnen worden geïdentificeerd. De trend in de Envisat deformatie schattingen in de periode 2003-2007 is bepaald op basis van de gemarkeerde gebieden in Figuur 7. 7

Figuur 6: PS dichtheid van de Envisat track na data reductie en datasnooping. De dichtheid in de landelijke gebieden is 0-10 PS/km 2, en bijna 100 PS/km 2 in de stedelijke gebieden. Figuur 7: Het rood omlijnde gebied is het stabiel veronderstelde gebied dat gebruikt is om een eventuele trend uit de InSAR deformatie schattingen te verwijderen. 8

2.2.2 Waterpassingen Voor de waterpassingen is een vrije netwerk vereffening uitgevoerd per epoche (met de software MOVE3). Per epoche is getest op uitschieters, maar identificatiefouten en autonome bewegingen van peilmerken kunnen niet worden gedetecteerd. In de vrije netwerk vereffening wordt één peilmerk als basis vastgehouden. Als alleen de varianties van de geschatte hoogtes worden beschouwd, dan lijkt het alsof de precisie slechter wordt naarmate een peilmerk verder verwijderd is van het referentie peilmerk, zie Figuur 8. Echter, de precisie van de geschatte hoogtes wordt beschreven door de gehele variantie-covariantie matrix. De precisie van de geschatte hoogteverschillen is onafhankelijk van het referentie peilmerk, zie Figuur 9. Figuur 8: Standaardafwijking (mm) van de geschatte peilmerkhoogtes voor de waterpassing van 1993. De precisie van de geschatte hoogtes neemt af naarmate de afstand tot het referentie peilmerk (000A2080) groter wordt. De relatieve precisie in het netwerk is echter onafhankelijk van de keuze van het referentie peilmerk, zie Figuur 9. 9

Figuur 9: Standaardafwijking (mm) van de geschatte hoogteverschillen in het waterpasnetwerk van 1993. De precisie van de geschatte hoogteverschillen is onafhankelijk van het referentiepunt (000A2080). 2.3 Opzet voor vergelijking InSAR en waterpasmetingen De vergelijking tussen de bodembeweging berekend uit InSAR en waterpasmetingen is gedaan op puntniveau. De geschatte bodembeweging voor de periode 2003-2007 is berekend op bestaande peilmerk locaties, zie hoofdstuk 4. De vergelijking van de waterpas campagnes 1993-1998-2003 zijn uitgevoerd op locaties langs profiel lijnen (de evaluatie locaties), zie Figuur 4. Deze profiel lijnen snijden elkaar in het diepste punt van de bodemdalingskom, zoals is gerapporteerd in ref. [4]. Om de deformatie schattingen uit PS-InSAR en waterpassingen direct te kunnen vergelijken, zijn de PS-InSAR deformatie schattingen geconverteerd van de satelliet kijkrichting naar de verticaal, onder de aanname dat er geen horizontale deformatie is. De fout die gemaakt wordt door de horizontale component te verwaarlozen ligt in de orde van 1 mm per jaar. Dit is in de orde van de precisie van de deformatie schattingen, maar geeft wel aan dat een combinatie van beelden uit de klimmende en dalende banen veel krachtiger is, zowel voor de betrouwbaarheid als de oplosbaarheid van ruimtelijke componenten. 2.3.1 Deformatie schattingen uit InSAR waarnemingen De deformatie schattingen worden berekend per periode die overbrugd wordt door de waterpassingen. De temporele data dichtheid van InSAR is echter veel groter dan die van de 10

waterpassingen. Hiervan wordt gebruik gemaakt door een constante bodemdalingssnelheid te bepalen voor het Groningen gebied per evaluatie periode. De aanname van lineaire bodemdaling is gebaseerd op de historische waterpasresultaten voor Groningen. De bodemdaling in de periode 1993-2003 verloopt bij benadering lineair. Figuur 10 laat het verloop van de bodemdaling in het diepste punt van de bodemdalingskom zien, vanaf de start van de gaswinning. In periodes van minder dan 10 jaar is deze bij benadering lineair. Figuur 11 toont het verschil tussen de bodemdaling berekend uit het verschil op begin en eindtijdstip en de bodemdaling berekend op basis van een lineaire snelheid, in periodes van 5 jaar. De verschillen zijn minder dan 1 millimeter, wat ruim binnen de meetnauwkeurigheid valt. Figuur 10: Bodemdaling (mm) in het diepste punt van de bodemdalingskom, gebaseerd op de rapportage van 2003 (1964-2003). Figuur 11: Verschil in bodemdaling (mm) tussen begin en eind tijdstip en de bodemdaling berekend op basis van een lineaire snelheid, in de periodes 1993-1998 (links) en 1998-2003 (rechts). Indien de bodemdaling niet lineair verloopt, is dit geen belemmering voor het schatten van deformatie uit InSAR waarnemingen. In dit geval kunnen deformatie schattingen op de gewenste 11

tijdstippen worden gebruikt om de bodembeweging te bepalen. De precisie van InSAR deformatie schattingen kan echter worden geoptimaliseerd door gebruik te maken van de opname dichtheid en model aannames toe te passen in (begrensde) periodes. Bijvoorbeeld: door de aanname van een lineaire snelheid in een bepaalde periode toe te passen, kan de bodembeweging met een hogere precisie bepaald worden, dan wanneer de deformatie schattingen op twee tijdstippen (met een grotere onzekerheid dan de lineaire snelheid) van elkaar afgetrokken worden. Opgemerkt dient te worden, dat de bodemdalingskom van het Groningen gasveld in het zuiden overlapt met twee kleinere bodemdalingskommen als gevolg van de zoutwinning in Veendam en Heiligerlee, zie Figuur 12. De bepaling van de bodemdaling als gevolg van de zoutwinning vereist een andere analyse methode, die het gedrag van de bodemdaling in de tijd analyseert aan de hand van alternatieve hypothesen. Tevens is de optimalisatie van de PS dichtheid in het landelijk gebied van groter belang voor het schatten van de vorm van de kleine bodemdalingskommen. Het schatten van de bodemdaling in de zoutwinningsgebieden valt buiten deze rapportage. Figuur 12: Gemiddelde bodemdaling (mm/jaar) in de periode december 2003 tot en met december 2007 (geen datasnooping toegepast). De bodemdalingskommen als gevolg van zoutwinning (omcirkeld) in Veendam en Heiligerlee overlappen de bodemdalingskom van het Groningen gasveld. 12

In deze rapportage is per evaluatie locatie op de profiel lijnen het gewogen gemiddelde berekend van de deformatie per periode (1993-1998, 1993-2003 en 2003-2007) voor de peilmerken en PS die op minder dan één kilometer afstand van de locaties liggen. Hierbij is rekening gehouden met de correlaties tussen de deformatie schattingen. Tevens is de mediaan van de deformatie schattingen per evaluatie locatie berekend. De mediaan heeft als voordeel dat deze minder gevoelig is voor eventuele autonome bewegingen. In tegenstelling tot het gewogen gemiddelde refereert de mediaan naar één enkele PS. Figuur 3 toont dat het aantal beelden en de bemonsteringsperiode van track 380 en 487 niet gelijk is. Het aantal acquisities van track 380 en 487 is respectievelijk 73 en 33. Dit heeft gevolgen voor de precisie van de geschatte deformatie door de manier waarop atmosferische verstoringen in PS-InSAR geschat worden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het feit dat atmosferisch signaal ongecorreleerd is in de tijd. De atmosfeer in de master acquisitie van de tijdserie wordt geschat uit het gemiddelde van de interferogrammen. Hierdoor is de schatting van de atmosfeer in een kleine tijdserie vaak minder nauwkeurig. Verder is de monitoringsperiode van track 380 (jun 2002 dec 2003) langer dan die van track 487 (apr 1993 sep 2002). Door de langere monitoringsperiode heeft de geschatte bodemdalingssnelheid een hogere precisie. 2.3.2 Deformatie schattingen uit waterpassingen De deformatie schatting per peilmerk wordt bepaald uit het verschil in hoogte tussen twee waterpassingen, waarbij opeenvolgende epochen als ongecorreleerd worden beschouwd. In alle vrije netwerk vereffeningen (1993-1998-2003-2006) is hetzelfde referentie peilmerk gekozen: het ondergrondse merk 000A2080 (zie hoofdstuk 3 voor de onderbouwing van de keuze voor dit referentiepunt). Ook voor de waterpassingen wordt een gewogen gemiddelde berekend per evaluatie locatie (het betreft telkens één of enkele peilmerken). Evenals bij de InSAR deformatie schattingen wordt hier rekening gehouden met de covarianties tussen de hoogte schattingen binnen een epoche. 2.3.3 Correlatie coëfficiënt en toetsgrootheden De overeenkomst tussen de deformatie schattingen uit waterpassingen en InSAR wordt op twee manieren bepaald: door middel van de correlatie coëfficiënt en de toetsgrootheden. De toetsgrootheden worden per evaluatie locatie bepaald. Zij worden berekend uit de sluittermen, t, tussen de deformatie schattingen d PSI en d lev van beide technieken en hun precisie: d T t = B y = y 2 d lev 0 σ 2 PSI σ PSI 0 [ 1 1] ; Q = De toetsgrootheden worden als volgt berekend: T T 1 ~ 2 q= 1 = t Qt t χ (1,0). De histogrammen van de toetsgrootheden worden vergeleken met hun theoretische chi-kwadraat verdeling. lev. 13

3 Vergelijking InSAR en waterpassingen 1993-2003 Dit hoofdstuk toont de deformatie schattingen voor waterpassingen en InSAR op de evaluatie locaties voor de periodes 1993-1998 en 1993-2003. Naast een overzicht, een scatterplot en het histogram van de toetsgrootheden, worden vier profielen getoond. De deformatie schattingen uit de waterpasmetingen zijn gebaseerd op de vrije netwerk vereffeningen per epoche. De correlatie tussen deformatie schattingen uit PS-InSAR en waterpassingen is tevens bepaald uitsluitend voor de peilmerken die zowel mathematisch als fysisch stabiel zijn aangemerkt, zie ref. [5]. Hierdoor ontstaat een consistentere set meetpunten voor de vergelijking met PS-InSAR. Alhoewel PS-InSAR en waterpassen beide relatieve technieken zijn en als zodanig geïnterpreteerd dienen te worden, is het niet wenselijk dat de gerapporteerde deformatie een stijging suggereert in de stabiel veronderstelde gebieden. Om deze reden is een analyse van de peilmerkbewegingen uitgevoerd in het Groningen gebied voor de periode 1964-2003. Het minst dalende primaire peilmerk uit deze analyse is punt 000A2080, het ondergrondse merk bij Gasselte. Uit correspondentie tussen NAM, SodM en RWS uit 1999 is echter gebleken dat de stabiliteit van punt 000A2080 in twijfel wordt getrokken, gebaseerd op de geschatte peilmerk hoogtes in de epochen 1987, 1993 en 1998. In de figuren behorende bij deze correspondentie is verschil in deformatie tussen de ondergrondse merken 000A2080 en 000A2070 met name zichtbaar in de periode 1993-1998, zie ook de bodembeweging bepaald op basis van de hoogtes uit de vrije netwerkvereffeningen in Figuur 15 tot en met Figuur 18. Beide ondergrondse merken zijn echter ook aangemeten in de waterpassing van het Lauwersmeer gebied in 1997. Een dalende lijn in de geschatte deformatie in de periode 1987-1998 (-11 mm, σ 4.7 mm) wordt niet bevestigd door de geschatte deformatie in de periode 1987-1993 (-2 mm, σ 4.6 mm) en 1987-1997 (+ 4 mm, σ 7.8 mm). Er zijn meerdere epoches nodig om met een voldoende significantie niveau te kunnen bepalen of 000A2080 instabiel is. Aangezien punt 000A2080 een lange historie heeft voor de bodemdalingsmetingen in het Groningen gebied, en dit ondergrondse merk het minst dalende primaire peilmerk is, wordt 000A2080 als referentiepunt aangehouden. 14

3.1 Overzicht 1993-1998 Figuur 13: Bodembeweging in de periode 1993-1998, bepaald uit InSAR en waterpasmetingen (bolletjes), scatterplot (midden) en toetsgrootheden (rechts). De bodembeweging uit de waterpasmetingen is berekend door middel van vrije netwerk vereffeningen per epoche. De correlatie coëfficiënt is berekend voor (0.74, zwart) en na (0.87, rood) peilmerk selectie (selectie van mathematisch en fysisch stabiele peilmerken). 3.2 Overzicht 1993-2003 Figuur 14: Bodembeweging in de periode 1993-2003, bepaald uit InSAR en waterpasmetingen (bolletjes), scatterplot (midden) en toetsgrootheden (rechts). De bodembeweging uit de waterpasmetingen is berekend door middel van vrije netwerk vereffeningen per epoche. De correlatie coëfficiënt is berekend voor (0.81, zwart) en na (0.94, rood) peilmerk selectie (selectie van mathematisch en fysisch stabiele peilmerken). 15

3.3 Profielen 1993-1998 Figuur 15: Profiel 1. Links: bodembeweging 1993-1998, bepaald uit de vrije netwerk vereffeningen van de waterpassingen. Midden: deformatie schattingen (mm) bepaald uit InSAR (grijs) en waterpasingen (zwart) op de evaluatie locaties langs het profiel. Rechts: deformatie schattingen 1993-2003. Figuur 16: Profiel 2. Links: bodembeweging 1993-1998, bepaald uit de vrije netwerk vereffeningen van de waterpassingen. Midden: deformatie schattingen (mm) 1993-1998 bepaald uit InSAR (grijs) en waterpasingen (zwart) op de evaluatie locaties langs het profiel. Rechts: deformatie schattingen 1993-2003. 16

Figuur 17: Profiel 3. Links: bodembeweging 1993-1998, bepaald uit de vrije netwerk vereffeningen van de waterpassingen. Midden: deformatie schattingen (mm) bepaald uit InSAR (grijs) en waterpasingen (zwart) op de evaluatie locaties langs het profiel. Rechts: deformatie schattingen 1993-2003. Figuur 18: Profiel 4. Links: bodembeweging 1993-1998, bepaald uit de vrije netwerk vereffeningen van de waterpassingen. Midden: deformatie schattingen (mm) bepaald uit InSAR (grijs) en waterpasingen (zwart) op de evaluatie locaties langs het profiel. Rechts: deformatie schattingen 1993-2003. 17

4 Geschatte bodembeweging 2003-2008 De bodemdaling in de periode 2003-2008 wordt geschat op basis van de beschikbare Envisat acquisities tot 1 januari 2008. De vergelijking met de waterpasresultaten van 2003 en 2006 wordt gedaan op basis van evaluatie locaties langs de profiel lijnen. De rapportage van de PS-InSAR deformatie schattingen in de periode 2003-2008 wordt echter gedaan per peilmerk locatie, waarbij alle peilmerken uit de waterpassingen in de periode 1993-2006 zijn gebruikt. 4.1 Op evaluatie locaties 2003-2006 In 2006 is een kleine waterpassing uitgevoerd in het westelijke gedeelte van het Groningen bodemdalingsgebied. De geschatte deformatie op basis van de vrije netwerk vereffeningen van de waterpas metingen in 2003 en 2006 is vergeleken met de deformatie schattingen uit Envisat waarnemingen, die vanaf december 2003 beschikbaar zijn. Figuur 19 toont de deformatie schattingen uit PS-InSAR en waterpassingen in de periode 2003-2006. Ook de profielen zijn berekend, zie Figuur 20. De overlap van de kleine waterpassing in 2006 met het Groningen bodemdalingsgebied is minimaal, maar de geschatte deformatie uit beide technieken komen overeen binnen de precisie marges. Figuur 19: Deformatie schattingen (mm) uit PS-InSAR en waterpassingen (bolletjes) in de periode 2003-2006. PS-InSAR deformatie schattingen zijn gebaseerd op Envisat waarnemingen. De deformatie schattingen op basis van waterpassingen zijn berekend uit de vrije netwerk vereffeningen van 2003 en 2006. De geschatte bodembeweging is relatief, ten opzichte van het referentiepunt 000A2010 (Westernieland). 18

Figuur 20: Links: bodembeweging 2003-2006, bepaald uit de vrije netwerk vereffeningen van de waterpassingen. Rechts: deformatie schattingen voor profiel 1 in de periode 2003-2006 voor waterpassen (zwart) en PS-InSAR (grijs). De PS-InSAR schattingen zijn gebaseerd op Envisat waarnemingen. 4.2 Per peilmerk 2003-2008 De PS-InSAR deformatie schattingen per peilmerk locatie zijn bepaald voor alle gebruikte peilmerken in de vrije netwerk vereffeningen voor de jaren 1993, 1998, 2003 en 2006. De schattingen per peilmerk worden gegeven voor de periode waarin satelliet acquisities beschikbaar zijn: 21-12-2003 tot en met 30-12-2007. Tevens wordt de gemiddelde bodembeweging in millimeters per jaar gerapporteerd, om te kunnen corrigeren voor de het tijdsverschil met de waterpas epochen. De geschatte deformatie is gerapporteerd in het bijgevoegde excel bestand. Dit bestand heeft de volgende indeling: A. track, B. sensor, C. begin tijdstip, D. eind tijdstip, E. puntnummer, F. X (RD,m), G. Y (RD,m), H. deformatie (mm), gewogen gemiddelde per peilmerk locatie, I. standaard afwijking (mm), gewogen gemiddelde per peilmerk locatie, J. gemiddelde bodembeweging (mm/jaar), gewogen gemiddelde per peilmerk locatie. K. deformatie (mm), mediaan per peilmerk locatie, L. standaard afwijking (mm), mediaan per peilmerk locatie, M. gemiddelde bodembeweging (mm/jaar), mediaan per peilmerk locatie. Zowel het gewogen gemiddelde van de PS-InSAR deformatie schattingen binnen een straal van één kilometer van de peilmerk locaties, als de mediaan van de deformatie schattingen is 19

gerapporteerd. Figuur 21 toont de geschatte bodembeweging in de waarnemingsperiode van Envisat, gebaseerd op het gewogen gemiddelde per peilmerk locatie. Figuur 21: Geschatte deformatie (mm) uit PS-InSAR waarnemingen per peilmerk locatie in de periode december 2003 tot en met december 2007. 20

5 Conclusies De correlatie tussen deformatie schattingen uit waterpassingen en PS-InSAR is maximaal 0.81, indien deformatie schattingen uit waterpassingen gebaseerd zijn op vrije netwerk vereffeningen per epoche. Identificatie fouten en autonome bewegingen (onstabiele peilmerken) zijn niet opgespoord en verwijderd. Indien een selectie wordt uitgevoerd van de mathematisch en fysisch stabiele peilmerken, verbetert de correlatie coëfficiënt tot 0.94 (1993-2003). In deze vergelijking is geen trend verwijderd uit de PS-InSAR data ten opzichte van de deformatie schattingen uit de waterpasdata. De hoge correlatie met de waterpasmetingen suggereert dat PS-InSAR een alternatieve techniek is voor het bepalen van de bodembeweging als gevolg van de gaswinning, zeker gezien het feit dat de correlatie van bodemdaling bepaald uit waterpasmetingen in dezelfde orde ligt (onzekerheid in de waterpasmetingen zelf). Het is de intentie van NAM om PS-InSAR in de toekomst in te zetten voor het calibreren van de bodemdalingsprognoses op basis van geomechanische modellen. Evenals in de huidige situatie gebeurt, zullen de bodemdalingscontouren worden berekend op basis van de gecalibreerde prognoses. Aangezien de temporele acquisitie dichtheid van Envisat vergelijkbaar is met ERS in de periode 1993-2000, wordt een correlatie in de orde van 0.81 verwacht met de geschatte deformatie uit de vrije netwerk vereffeningen. Indien een geodetische vereffenings- en toetsingsmethodiek integraal wordt toegepast op alle waterpas epochen, wordt een correlatie van 0.94 verwacht tussen deformatie schattingen uit PS-InSAR en waterpassingen (geoptimaliseerd voor een eventuele spatiële trend in beide meettechnieken, welke voor PS-InSAR door de grote ruimtelijke bedekking onafhankelijk geschat kan worden). 21

Referenties 1 V.B.H. Ketelaar, F.J. van Leijen, P.S. Marinkovic and R.F. Hanssen, Multi-track PS-InSAR datum connection, IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), Barcelona, Spain, July 2007. 2 V.B.H. Ketelaar, The applicability of PSI for subsidence monitoring, Nederlandse Aardolie Maatschappij B.V., 2007. 3 L. Zeijlmaker, Meetplan Groningen, Nederlandse Aardolie Maatschappij B.V., 2007. 4 S.S. Schoustra, Waterpassing Noord Nederland 2003, NAM-rapport EP200408383818, 2004. 5 S.S. Schoustra, Stabiele peilmerken Groningen, Nederlandse Aardolie Maatschappij B.V., 2006. 22