بررسی امکان برآورد غلظت رسوب معلق با استفاده از تصاویر Sentinel-۲MSI در حوزه آبخیز گاماسیاب
- سال انتشار: 1403
- محل انتشار: مجله علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، دوره: 18، شماره: 64
- کد COI اختصاصی: JR_JWMS-18-64_001
- زبان مقاله: فارسی
- تعداد مشاهده: 160
نویسندگان
Yazd university
Yazd university
Yazd university
Kurdistan Agriculture and Natural Resources Research and Training Center
چکیده
مقدمه میزان رسوبات و مواد معلق به همراه آب جاری یکی از دغدغه های مهم در طراحی سازه های هیدرولیکی مانند کانال ها، دریچه ها و توربین های سدها است. این موضوع از جنبه های دیگر مانند حفظ کیفیت خاک در زمین های کشاورزی، رسیدگی به مسائل زیست محیطی و مدیریت منابع آب برای شرب و صنعت بسیار حائز اهمیت است. در این راستا، تصاویر ماهواره ای برای تخمین و پایش کیفیت آب رودخانه ها (به ویژه غلظت بار معلق)، منابع آلودگی و حرکت آن ها استفاده می شود. آن ها به طور همزمان منطقه وسیعی از منطقه مورد مطالعه را پوشش می دهند و بازتاب طیفی پدیده های زمینی را نیز ثبت می کنند و راندمان بالایی دارند. به طور کلی تحقیقات انجام شده در زمینه رابطه بین بازتاب طیفی آب (ثبت شده در تصاویر ماهواره ای) و غلظت بار معلق نشان می دهد که بین طول موج قرمز و مادون قرمز با غلظت بار معلق همبستگی وجود دارد، که می توان از این باندها به عنوان شاخصی در ارزیابی و تخمین میزان غلظت بار معلق استفاده نمود. از طرفی روش مناسب برای یافتن مدل محلی غلظت رسوب معلق استفاده از داده های میدانی جمع آوری شده در طول تصویربرداری ماهواره ای است. بر همین اساس، در این مقاله، به برآورد رسوب معلق با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنتینل-۲ در رودخانه با عرض کم پرداخته شده است. مواد و روش ها در این تحقیق برآورد غلظت رسوب معلق با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنتینل-۲ در رودخانه های کم عرض مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بررسی همبستگی میان بازتاب طیفی باندهای تصاویر سنتینل-۲ و غلظت رسوب معلق از آمار غلظت رسوبات معلق ایستگاه پل چهر واقع در رودخانه گاماسیاب استان کرمانشاه در دوره پنج ساله (۱۳۹۴ تا ۱۳۹۸) همزمان با آن ها استفاده شد. بدین منظور گستره ای از مقادیر مختلف رسوب از غلظت ۴۴/۰ میلی گرم بر لیتر تا ۸۶/۱۱۸ میلی گرم بر لیتر استفاده شده است. از مجموع ۲۴ تصویر مناسب با روزهای اندازه گیری غلظت رسوب معلق چهار تصویر به دلیل ابری بودن و دو تصویر با انعکاس غیرعادی بالاتر از بقیه حذف شدند. در نهایت ۱۸ تصویر ماهواره ای مربوط به سیل استفاده شد، که از ۱۲ تصویر (۷۰ درصد داده ها) برای استفاده در مرحله واسنجی و ۶ تصویر (۳۰ درصد) در مرحله اعتبارسنجی مورد استفاده قرار گرفت در این مطالعه ارزش های مربوط به پیکسل های تصاویر منطبق بر داده های موجود هیدرومتری پل چهر در دو حالت تک باند و نسبت باند استخراج شد و مدل های رگرسیونی (خطی، نمایی و چند جمله ای) مناسب برازش داده شد و دقت و صحت این مدل ها بررسی شده است. در نهایت، نوع الگوریتم حاکم بر غلظت رسوب معلق در رودخانه گاماسیاب تعیین شد. نتایج و بحث در این تحقیق از ۸ باند ماهواره سنتینل-۲ به صورت تک باند و نسبت باند استفاده شد. نتایج نشان داد که غلظت رسوب معلق در ایستگاه پل چهر از ۴۴/۰ میلی گرم بر لیتر تا ۸۶/۱۱۸ میلی گرم بر لیتر متغیر بوده است. بر اساس نتایج، مشخص شد که تاریخ هایی با مقادیر بازتاب بالاتر، غلظت رسوب معلق اندازه گیری شده بالاتری داشتند. بیشترین میزان بازتاب از سطح آب در باند پنج (۷۰۳ نانومتر) و B۸A مشاهده شد. همچنین، از مدل های به دست آمده، مشخص شد که در مورد تک باند، نتایج بهتری نسبت به زمانی که نسبت باند استفاده می شد، به دست آمد. مدل نمایی مربوط به باند ۵ که همبستگی بالاتری با تمام مقادیر رسوب داشت و ضریب تعیین برابر ۸۳/۰ به دست آمد. برای ارزیابی نتایج پژوهش حاضر از ریشه میانگین مربعات خطای شاخص ارزیابی استفاده شد که مقدار آن برای باند ۵ برابری ۹۵/۳۳ بود. مشخص شد که مدل سازی پارامتر رسوب معلق با دقت مناسبی انجام شده است. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که تصاویر ماهواره ای می تواند برای ارزیابی پایش کیفیت آب مفید باشد. علاوه بر این، پژوهش حاضر نشان داد که سنتینل-۲ می تواند به عنوان ابزاری مناسب برای تخمین غلظت رسوب معلق با دقت قابل قبولی در حوضه های کوچک مقیاس و شرایط سیلابی استفاده شود. نتیجه گیری نتایج نشان داد که تصاویر ماهواره سنتینل-۲ و معادلات به دست آمده در پژوهش حاضر برای محاسبه غلظت رسوب معلق در حوزه آبخیز گاماسیاب استان کرمانشاه مناسب است. بر اساس نتایج مشخص شد که نه مدل برای منطقه مورد مطالعه دارای ضرایب تعیین و مقادیر خطای قابل قبول و مناسب بودند. از میان مدل های به دست آمده مشخص شد که در حالت تک باند نتایج بهتری بدست آمد نسبت به حالتی که نسبت باندی مورد استفاده قرار گرفته شد. هم چنین نتایج نشان داد که مدل نمایی مربوط به باند پنج که همبستگی بیشتری با کلیه مقادیر رسوبات داشت که از این معادلات می توان برای تخمین غلظت رسوب معلق از تصاویر ماهواره ای سنتینل-۲ در حوضه آبخیز گاماسیاب استان کرمانشاه در مواقعی که امکان جمع آوری داده های میدانی وجود ندارد، استفاده کرد. مطالعه حاضر به عنوان مرجعی برای تحقیقات آتی در بررسی و برآورد رسوبات معلق با استفاده از داده های ماهواره ای مفید خواهد بود. علاوه بر این، با توجه به اهمیت رسوب معلق در کیفیت آب و اثرات آن بر محیط زیست و اقتصاد منطقه، استفاده از روش های تخمین رسوب معلق با استفاده از داده های ماهواره ای می تواند به عنوان روشی سریع و کارآمد برای پایش کیفیت آب در رودخانه های کم عرض استفاده شود.کلیدواژه ها
Atmospheric correction, Band ratio, Suspended matter, Spectral Behavior, Sentinel-۲., تصحیح اتمسفر, شاخص طیفی, مواد معلق, سنتینل-۲, نسبت باندی.اطلاعات بیشتر در مورد COI
COI مخفف عبارت CIVILICA Object Identifier به معنی شناسه سیویلیکا برای اسناد است. COI کدی است که مطابق محل انتشار، به مقالات کنفرانسها و ژورنالهای داخل کشور به هنگام نمایه سازی بر روی پایگاه استنادی سیویلیکا اختصاص می یابد.
کد COI به مفهوم کد ملی اسناد نمایه شده در سیویلیکا است و کدی یکتا و ثابت است و به همین دلیل همواره قابلیت استناد و پیگیری دارد.