بخشی از مقاله
چکیده
آب به عنوان یکی از مهمترین نیازهای انسانی برای ادامه حیات میباشد. خشک شدن منابع آب باعث بحرانی شدن مسائلیچون مشکلات بهداشتی - روانیو مهاجرت در مناطق مختلف گردیده است. با توجه به اهمیت موضوع و ارتباط مستقیم آب با زندگی بشری، بحث مدیریت و بهره برداری اصولی از منابع آب به یکی از موضوعات مهم جهانی تبدیل شدهاست وگستردگی این موضوع محققین را بر آن داشته که به شناسایی سطوح آبی بپردازند. یکی از روشهای مهم در شناسایی پهنههای آبی استفاده از تکنیک سنجش از دور ماهواره ای میباشد.
در این پژوهش از چند شاخص مهم از جملهSWI، NDWIF، EWI ، AWEI وE جهت تفکیک پهنههای آبی ارزیابی شده است. مناطق مورد مطالعه در این پژوهش شامل تالاب میانکاله، تالاب هامون و دریاچه چیتگر میباشند. شاخصهای انتخاب شده بر روی تصاویر ماهوارهایLandsat اعمال گردیده و نتایج حاصله با تصویر با قدرت تفکیک مکانی بالا صحت سنجی شده است. از میان این شاخصهای انتخاب شده شاخص SWI دارای عملکرد بهتری بوده و دقت کلی و ضریپ کاپای این شاخص در مناطق مطالعاتی هامون به ترتیب %98 و %92، در دریاچه چیتگر %98 و %95 و در میانکاله با %97 و %93 ،قادر به شناسایی دقیق پهنههای آبی و تمیز دادن آن از سایر عوارض است.
-1 مقدمه
آب روی سطح زمین یکی از مهمترین قسمتهای چرخه هیدرولوژیکی، حضور فیزیکی در محل است.با استفاده از این تصاویر میتوان از یک انرژیهای غیر قابل تعویض و مهم برای رشد بشر و گیاهان است و اطلاعات منطقه وسیع در زمانهای مختلف تصویر برداری کرد.
با توجه به شرایط واقعی در مورد نحوه انتشار و پخش آن روی سطح زمین بسیار مهم است. کنونی اقلیمی و تغییرات بسیار زیاد پهنههای آبی، برای رسیدن به درک برای رسیدن به توزیع مکانی و بسط دادن اطلاعات جغرافیایی در مورد مناسب علت کمبود منابع آب، بررسی سطوح آبی در سالهای متوالی و به دریاچهها در زمان حال نیازمند شناسایی اثر متقابل هیدرولوژی منطقه و صورت سری زمانی نیاز میباشد، که سنجش از دور ماهوارهایی قادر به فراهم تغییر اقلیم هستیم که برای اینکار می توان از سنجش از دور استفاده کرد.[2] کردن این پارامتر در شناسایی میباشد.
سنجش از دور ابزار بسیار مناسبی برای شناسایی پهنههای آبی بوده و از این رو یکی از مزایای شناسایی سطح آب به وسیله تصاویر ماهوارهای عدم نیاز به جذب انرژی در طول موج مادون قرمز نزدیک، مهمترین ویژگی آب است در واقع، بخش کمی از انرژی رسیده به سطح آب بازتابیده می شود یا از آن عبور می کند. اگر عمق آب زیاد باشد، انرژی قبل از برخورد به کف آب جذب می شود و با گل آلود شدن آب، قابلیت انتقال و بازتابندگی آن بیشتر می شود.
بخش مهمی از نور خورشید، که وارد یک حوضه آبی می شود، تا عمق حدود 2 متر بوسیله آب جذب می شود.[ البته لازم به ذکر است که این موضوع که آب در باند مادون قرمز نزدیک دارای بازتابندگی کم میباشد، به تنهایی باعث شناسایی سطح آب نمیباشد و نمیتوان برای شناسایی انواع پهنههای آبی از این خصوصیت استفاده کرد.
روی این سه منطقه به آن دلیل بوده است که بتوان توانایی شاخصها را در هر سه حالت سطح آب بدون پوشش گیاهی، با پوشش گیاهی و منطقه شهری بررسی کرد.
در شکل 1 موقعیت جغرافیایی سه منطقه مذکور آمده است.
اساس استفاده از سنجش از دور، شناسایی و آشکار کردن تغییرات پوشش زمین با استفاده از تغییر در مقدار رادیانس ممکن میشود.
از این رو شاخصها و روشهای مختلف از مقدار رادیانس و بازتابندگی عوارض مختلف برای شناسایی، در باندهای مختلف طیفی الکترومغناطیس استفاده میکنند. در زمینه شناسایی سطح آب ماهوارههای زیادی قابل استفاده هستند که دارای قدرت تفکیک مکانی، زمانی و طیفی گوناگون هستند.[3] اولین ماهوارهای که از آن برای تصویر کردن پهنههای آب و سیلابها مورد استفاده قرار گرفت، سری ماهوارههای Landsat و با استفاده از سنجنده MSS بود، که تصویر برداری خود را از سال 1972 آغاز کرده بود و از جمله سنجنده های اپتیکی میباشد .
به طور کلی تصاویری برای شناسایی سطوح آبی مناسب هستند، که دارای باند در طول موجهای جذبی و بازتابی آب در محدوده طیف الکترومغناطیس باشند.
-2 مواد و روشها
-1-2مناطق مورد مطالعه
در این تحقیق سه منطقه مطالعاتی مورد بررسی قرار گرفته است که این مناطق شامل: تالاب هامون، دریاچه چیتگر و تالاب میانکاله میباشند. تالاب هامون در حد فاصل طولهای جغرافیایی 44 تا 04 درجه شرقی و عرض-های حغرافیایی 34 تا 04 درجه شمالی واقع شده است که بخش مرکزی قسمت پست و غربی حوزه کل سیستان را تشکیل می دهد.
دومین منطقه مورد مطالعه دریاچه مصنوعی چیتگر میباشد که در شمال غرب تهران واقع شدهاست. مساحت این دریاچه 134 هکتار میباشد.
منطقه سوم مورد مطالعه تالاب میانکاله میباشد که در منتها الیه جنوب شرقی دریاچه خزر، در دوازده کیلومتری شهر بهشهر واقع در استان مازندران قرار دارد. مساحت این تالاب بیش از 06 هزار هکتار است.
شکل:1 موقعیت جغرافیایی مناطق مورد مطالعه درکشور
-2-2 دادههای مورد استفاده
در این تحقیق یک تصویر لندست 0 و دو تصویر لندست 6 مورد استفاده قرار گرفته است. جدول1 نمایانگر قدرت تفکیک طیفی و مکانی این سنجنده ها میباشد.
جدول:1مشخصات طیفی ومکانی سنجنده های لندست 5 و 8
-3-2 روش شناسی
شاخصها با استفاده از ترکیب دو باند مختلف و استفاده از تضاد محدوده طیفی این دو باند باعث بهبود در سیگنال طیفی دریافتی، شناسایی بهتر و خارج شدن نویز از قسمتهای مختلف طول موجها می شوند. که البته برای شناسایی پهنههای آبی و تمیز دادن سایر عوارض از آب به وسیله این شاخصها، نیاز به داشتن حد آستانه مناسب نیز است.
تعریف حد آستانه یک مسئله غیر قطعی میباشد، زیرا مشخصههای ذاتی آب یا پوشش زمین با پیچیدگیهای زیادی از یکدیگر جدا شده است و تعریف حد آستانه در هر منطقه مطالعاتی متفاوت است.[5] شاخصهای طیفی بررسی شده در این تحقیق ، بطور خلاصه در جدول 2 ذکر گردیده است.
جدول :2 شاخصهای چند طیفی استفاده شده در این تحقیق
روشهای شناسایی سطح آب با استفاده از تصاویر ماهوارهای همانطور که اسم آنها نیز پیدا است وابسته به تصاویر ماهوارههای مختلف هستند. از میان ماهوارههای مختلف، ماهوارهه LANDSAT از جمله ماهوارههای پرکاربرد برای شناسایی سطح آب هست. یک دسته از روشهای شناسایی سطح آب روشهای بر مبنای شاخصهای طیفی است، که استفاده از هر یک از این شاخصها به موقعیت منطقه مورد مطالعه و ویژگی سطوح آبی مورد نظر وابسته است. روشهای شاخصهای طیفی در سنجش از دور از روشهای بسیار مهم در شناسایی سطح آب میباشند.
شاخص استخراج آب - - EWIیکی از شاخصهای شناسایی سطوح آبی میباشد. این شاخص بر مبنای شاخصآب تفاضلی نرمال اصلاح شده - - MNDWI بنا نهاده شده است .[6] اعمال این شاخص همراه با مجموعهای از تحلیلها از طریق معرفی شبیه سازی خطی ترکیبی بین پهنههای آبی و پس زمینه متناظر آن انجام میگردد.[6] در این شاخص بیشتر تحقیقات به طور عمده براساس تاثیر پیکسلهای آب در پهنههای آبی مختلف و ویزگیهای پس زمینه آن براساس ویژگیهای باندهای LANDSATTM و شبیهسازی عددی تجزیه و تحلیل نرمافزار مدل و اعتبار سنجی آن بوده است.
برای پیادهسازی این شاخص و شناسایی سطح آب نیاز به داشتن اطلاعات طیفی پسزمینهها مانند خاک، گیاهان، دشت و... نیز میباشد . در ابتدا باید به آنالیز طیفی پهنه آبی و ارتباط آن با پس زمینه پرداخته شود. همانطور که در شکل مشخص است آب دارای بازتابندگی ضعیفی در تا نانومتر میباشد و با افزایش طول موج این بازتابندگی کم میشود. اگر در آب و پهنه آبی مورد نظر رسوب نیز باشد این میزان بازتابندگی بیشتر شده و پیک هیستوگرام به سمت طول موج بیشتر میرود که در فرمول این شاخصM و - NDVI+N - برای بارز کردن اطلاعات آبی و کم کردن اطلاعات پسزمینه آورده شده است، که NDVI برای آب خالص منفی و مقدار N نیز به صورت تجربی مشخص شده است، و بهترین مقدار آن برای شناسایی سطح آب N=0.5 میباشد.[6] مقدار M نیز همانطور که در شکل زیر مشخص است براساس مشاهدات و آزمایشات بدست میآید.
