کاربرد فناوری پهپاد در بررسی تغییرات مورفومتری رودخانه (مطالعه موردی: رودخانه واز، چمستان)

مقدمهفناوری نوظهور و به سرعت در حال تکامل سیستم های هوایی بدون سرنشین (UAS) با به دست آوردن داده های جغرافیایی دقیق مکانی، امکانات جدیدی را برای تحقیق در ژئومورفولوژی ارائه می دهد. ارتفاع پایین پرواز به محققان اجازه می­دهد تا تصاویری را در سطوح بالایی از جزئیات به دست آورند که این جزئیات برای تجزیه و تحلیل دقیق اشکال ژئومورفیک رودخانه­ای ضروری است. تصاویر منطقه­ای گرفته شده در ارتفاع کم با استفاده از وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین تولید مدل­های رقومی ارتفاعی با وضوح بالا را فراهم می­کند. این داده­ها برای نقشه­ برداری دقیق و تجزیه و تحلیل مورفومتریک لندفرم­های رودخانه، و تشخیص تغییرات توپوگرافی کوتاه مدت به دلیل فرسایش و رسوب رودخانه مفید هستند. از اوایل دهه ۲۰۱۰، استفاده از پهپادهای مجهز به دوربین RGB به­طور گسترده در ژئومورفولوژی مورد استفاده قرار گرفت. قابلیت عکسبرداری هوایی در ارتفاع پایین و متعاقب آن فتوگرامتری تکنیک­های ساختار حرکتی (structure from motion-sfm) را افزایش داده است. تکنیک­های ساختار حرکتی (sfm) به لطف تشخیص خودکار نقاط اتصال متعدد، تراز خودکار بسیاری از تصاویر (صدها تا هزاران) را امکان­پذیر می­کند و سپس ابر نقطه متراکم و DEM های شطرنجی تولید می­کند. تصاویر مشتق شده از پهپاد، تصاویر هوایی معمولی و تصاویر زمینی معمولا پلتفرم­هایی برای مدل­های سه بعدی توسط SfM هستند.مواد و روش­هاحوضه آبخیز واز در دامنه شمالی سلسله جبال البرز و در جنوب شهر چمستان واقع شده است که از نظر تقسیمات سیاسی، این حوضه در شهرستان نور از استان مازندران قرار دارد. ابتدا با استفاده از روش کتابخانه­ای مقالات علمی داخلی و خارجی مطالعه شد تا پیشینه و روش­های مختلف استفاده از پهپاد در مطالعات رودخانه­ای بررسی شود و چارچوب مطالعاتی تهیه گردد. پس از تصویربرداری، پردازش آن در نرم­افزار متاشیپ (Metashape ۱.۵.۵) انجام و تصویر ارتوفتو و مدل ارتفاعی رقومی (DEM) با دقت سانتی­متر جهت تهیه مقاطع عرضی و بررسی خصوصیات مورفومتریک و هیدرولوژیک رودخانه استخراج شد.نتایج و بحثتغییرات عرضی کانال در ۲ بازه از رودخانه واز مورد بررسی قرار گرفت. اولین مرحله از تجریه و تحلیل شامل ساخت مدل ارتفاعی براساس خروجی از تصاویر بدست آمده به وسیله پهپاد در محیط نرم­افزار متاشیپ با اندازه پیکس ۶/۴ سانتی­متر است. با استفاده از اندازه گیری مقاطع عرضی کانال در دبی لبالبی و دبی لبه کانال، داده هایی شامل عرض و عمق کانال فعال، مساحت مقطع عرضی، عمق متوسط، شعاع هیدرولیک و نسبت پهنا به عمق کانال رود را می­توان بدست آورد. این مقادیر می توانند با داده­های هیدرولیک ترکیب شده تا با استفاده از آن سرعت جریان، دبی، قدرت رود، تنش برشی و سایر پارامترهایی که برای کمی کردن فرایندهای کانال مهم هستند محاسبه شوند. در مقایسه آماری دو بازه در دبی لبه کانال پارامترهای مساحت مقطع عرضی، شعاع هیدرولیک، سرعت جریان، حداکثر و میانگین عمق کانال، نسبت عرض به عمق، عرض کانال مستعد سیلاب، نسبت عمق کانال، دبی و عدد فرود کاهش مقدار این پارامترها در پایین دست نسبت به بالادست شده است اما دو پارامتر تنش برشی و قدرت مخصوص رود افزایش خصوصیات کانال در پایین دست نسبت به بالادست است. در دبی لبالبی کانال، تمامی پارامترها به جز قدرت مخصوص رود مقادیر در بازه دو نسبت به بازه یک کاهشی است اما در پارامتر قدرت مخصوص رود افزایش در پایین دست نسبت به بالادست وجود داشته است. در ادامه پژوهش تغییرات مقاطع عرضی در دو بازه مورد بررسی قرار گرفت. در بالادست به واسطه برداشت شن و ماسه، ایجاد جاده در عرض کانال و ایجاد کانال فرعی، در ترکیب و جنس کرانه راست رودخانه و در پایین دست به واسطه ساخت سیل بند تغییرات ایجاد شده در رژیم جریان و رسوب رودخانه مشاهده شده است.نتیجه­گیریداده­های بدست آمده از پهپاد به دلیل دقت بالای هندسی و قدرت تفکیک بالا امکان استخراج داده­های مورفومتری و هیدرولوژیک مرتبط با کانال و نیمرخ­های عرضی را فراهم می­کند. این داده­ها با توجه به دقت بالا می­توانند جایگزین مناسبی برای کارهای میدانی از قبیل نقشه ­برداری با انواع دوربین­ها باشد. تصاویر ارتوفتو تهیه شده با استفاده از پهباد امکان شناسایی عوارض و لندفرم­های ژئومورفیک رودخانه را با دقت مناسب فراهم نموده است. براساس مقایسه داده­های بدست آمده در دو بازه از رودخانه واز مشخص گردید که مقاطع مختلف در بالا دست و پایین دست یکسان نیستند و تغییرات در ویژگی­های مورفومتریک باعث تغییر ویژگی­های هیدرولیک از جمله سرعت جریان، تنش برشی و قدرت مخصوص رود شده است. این تفاوت باعث تنوع اشکال ژئومورفیک در بازه­های مورد مطالعه شده است

کلیدواژه ها:

تصاویر پهپاد ، تکنیک sfm ، تغییرات مورفومتری ، رودخانه واز