ارزیابی و مقایسه روش های سنجش از دور راداری و اپتیکی در استخراج پهنه سیلابی (مطالعه موردی: سیل ۱۳۹۸ آق قلا)

زمینه و هدف: بلایای طبیعی رویدادهای نامطلوبی هستند که بر اثر مخاطرات ژئوفیزیکی، هیدرولوژیکی، اقلیمی، هواشناسی یا بیولوژیکی از جمله زلزله، سیل، طوفان و آتش سوزی رخ می دهند. این بلایا منجر به تلفات جانی، آسیب های جسمی و تاثیرات منفی بر سلامت عمومی و سیستم های بهداشتی می شوند. سیل یکی از رایج ترین و ویرانگرترین بلایای طبیعی است که کشورهای مختلف را تحت تاثیر قرار داده و خسارات اقتصادی قابل توجهی ایجاد می کند. ایران به دلیل شرایط اقلیمی و توپوگرافی خود، هر ساله با خطر وقوع سیل به ویژه در استان گلستان مواجه است. جنگل زدایی گسترده و ویژگی های جغرافیایی خاص این منطقه، وقوع سیل های مخرب را تشدید کرده است. هدف این مطالعه مقایسه روش های اپتیکی و راداری برای نقشه برداری از مناطق سیل زده در استان گلستان طی سیل سال ۲۰۱۹ است.

روش پژوهش: استخراج مناطق سیل زده برای مدیریت منابع آب و کاهش خسارات سیل ضروری است. روش های مختلفی برای استخراج دشت های سیلابی وجود دارد و روش توافق کاپا برای ارزیابی دقت آن ها استفاده می شود. داده های مورد نیاز شامل ۱) تصاویر ماهواره ای که برای تبدیل الگوهای طیفی به مقادیر واقعی به کار می برند و ۲) داده های مرجع که منابع مستقل برای اعتبارسنجی نتایج هستند. برای ارزیابی سیل ۲۰۱۹ در استان گلستان، از داده های ماهواره ای Landsat ۸، Sentinel ۱ و Sentinel ۲ استفاده شد. تصاویر Landsat ۸ و Sentinel ۲ اپتیکی هستند، در حالی که Sentinel ۱ مبتنی بر رادار است. نقشه های پیش و پس از سیل برای تعیین مناطق تحت پوشش آب تهیه شدند. شاخص های اپتیکی و راداری مانند NWI، MNDWI، AWEInsh، AWEIsh، EWI، NDWI، NDWI-B، NDVI، NDPI و NDMI اعمال شدند. نقشه استفاده از زمین، با استفاده از طبقه بندی نظارت شده و مدل های یادگیری ماشین، خسارات سیل را ارزیابی کرد. برای استخراج مناطق آسیب دیده از تصاویر Sentinel-۲ و الگوریتم آستانه گذاری خودکار Otsu در Google Earth Engine استفاده شد. برای مقایسه شاخص ها، ۱۶۲ نمونه آموزشی از مناطق آبی و غیرآبی جمع آوری و با استفاده از ضریب توافق کاپا ارزیابی شدند.

یافته ها: نتایج این مطالعه نشان می دهد که ترکیب تصاویر اپتیکی و راداری می تواند محدودیت های یکدیگر را تکمیل کند. این امر به دلیل محدودیت های دقت زمانی و رویدادهای زمانی مانند سیل است که دسترسی به تصاویر ماهواره ای را محدود می کند. در نهایت، شاخص های NDPI و MNDWI بالاترین دقت را در استخراج مناطق سیل زده با دقت کلی بالا بدست آوردند. بررسی مناطق سیل زده و استفاده های اراضی آسیب دیده نشان می دهد که ۴۹/۲۲ درصد از منطقه تحت تاثیر سیل قرار گرفته است. تحلیل هر نوع استفاده از زمین نشان می دهد که ۴۶/۱۷ درصد از اراضی کشاورزی، ۶۲/۱۲ درصد از اراضی مسکونی و ۴۲/۱۴ درصد از اراضی مرتعی دچار سیلاب شده اند.

نتایج: سنجش از دور یک روش حیاتی برای مدیریت سیلاب است که تصاویر ماهواره ای دقیق برای تحلیل رویدادهای سیلاب و توزیع آب فراهم می کند. این مطالعه توزیع فضایی شاخص های ماهواره ای را بررسی کرده و شاخص کاپا و دقت کلی شاخص های MNDWI و NDPI را مقایسه کرده است. این شاخص ها با دقت بالا به عنوان مناسب ترین گزینه ها برای استخراج مناطق سیل زده و مقایسه استفاده از زمین انتخاب شدند. ارزیابی دقت نشان داد که بیشتر روش های اپتیکی، به جز شاخص های NWI، NDMI و NDWI_B، دقتی بالای ۹۰ درصد دارند. به دلیل طولانی بودن مدت زمان سیل، تصاویر اپتیکی بدون ابر در دسترس بودند و امکان استخراج دقیق مناطق سیل زده فراهم شد. تصاویر راداری Sentinel-۱ همچنین دقتی بیش از ۹۰ درصد داشتند و به عنوان جایگزینی قابل اعتماد در صورت پوشش ابری، استفاده شدند. نتایج نشان دادند که ۸۷/۷۱ درصد از منطقه کشاورزی است و ۴۶/۱۷ درصد از آن تحت تاثیر سیلاب قرار گرفته اند.

کلیدواژه ها:

آق قلا ، سنجش از دور ، سیلاب ، MNDWI ، NDPI.