نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

ارزیابی و مقایسه شاخص‌های طیفی کدورت آب دریاچه زریبار با بهره‌گیری از علم سنجش‌‌ازدور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران.
2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، کردستان، ایران.
3 گروه علوم و مهندسی آب گرایش آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران.
چکیده
کدورت آب به‌عنوان یکی از مهم‌ترین شاخص‌های فیزیکی کیفیت آب، نقش تعیین‌کننده‌ای در پویایی‌های اکولوژیکی، نفوذ نور و سلامت زیست‌بوم‌های آبی دارد. دریاچه زریبار مریوان، به‌عنوان بزرگ‌ترین دریاچه آب شیرین طبیعی ایران، در سال‌های اخیر تحت تأثیر فشارهای انسانی و تغییرات هیدروکلیماتیکی با نوسانات قابل توجه کیفی مواجه بوده است. ازاین‌رو، پایش دقیق و مستمر کدورت آب این پهنه آبی از اهمیت بالایی برخوردار است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی و مقایسه کارایی شاخص‌های طیفی مختلف در تخمین کدورت آب دریاچه زریبار با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای سنتینل- 2 در مقیاس فصلی سال ۱۳۹۸ انجام گردید. بدین منظور، چهار شاخص طیفی شامل NDTI، TurbBow، TurbChip و TurbLath پس از انجام پیش‌پردازش‌های رادیومتریکی و هندسی بر روی تصاویر ماهواره‌ای استخراج شدند. داده‌های میدانی کدورت آب برداشت‌شده از ۱۵ ایستگاه نمونه‌برداری به‌عنوان داده مرجع برای توسعه و واسنجی مدل‌های رگرسیون خطی مورد استفاده قرار گرفت. ارزیابی دقت مدل‌ها با بهره‌گیری از شاخص‌های آماری ضریب تبیین (R²) و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) انجام گردید. نتایج نشان داد که شاخص NDTI در تمامی فصول منتخب دارای بیش‌ترین توان تبیین تغییرات کدورت R² (76/0 تا 89/0) و کم‌ترین RMSE (00413/0 تا 00533/0) NUT بوده و عملکردی بهتری نسبت به سایر شاخص‌ها دیگر از خود نشان داد. همچنین الگوهای مکانی–زمانی کدورت حاکی از افزایش معنادار کدورت در فصول گرم سال، به‌ویژه در نواحی حاشیه‌ای دریاچه، و کاهش آن در فصول سرد و بخش‌های مرکزی بود. در مجموع، نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که ترکیب شاخص NDTI با داده‌های سنتینل- 2 ابزاری کارآمد، کم‌هزینه و قابل اتکا برای پایش مکانی–زمانی کدورت آب در دریاچه‌های کم‌عمق فراهم می‌آورد و می‌تواند به‌عنوان پشتوانه‌ای علمی در مدیریت پایدار، حفاظت زیست‌محیطی و تصمیم‌گیری‌های کلان در خصوص دریاچه زریبار مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Evaluation and Comparison of Spectral Turbidity Indices for Zarivar Lake Using Remote Sensing Techniques

نویسندگان English

Peyman Tahmasebi 1
Arman Moghadamnia 2
Hirsh Qadrshenas 3
1 Ph.D student of Irrigation, Department of Water Sciences and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
2 MS.c graduated of Irrigation and Drainage, Department of Water Sciences and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Kurdistan, Iran.
3 Irrigation and Drainage, Department of Water Sciences and Engineering, Faculty of Agriculture, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran.
چکیده English

Water turbidity, as one of the most important physical indicators of water quality, plays a crucial role in ecological dynamics, light penetration, and the health of aquatic ecosystems. Zarivar Lake in Marivan, recognized as the largest natural freshwater lake in Iran, has experienced considerable water quality fluctuations in recent years due to increasing anthropogenic pressures and hydroclimatic changes. Therefore, accurate and continuous monitoring of water turbidity in this aquatic system is of great importance. The present study aimed to evaluate and compare the performance of various spectral indices for estimating water turbidity in Zarivar Lake using Sentinel-2 satellite imagery on a seasonal scale during 2019. For this purpose, four spectral indices including NDTI, TurbBow, TurbChip, and TurbLath were extracted from Sentinel-2 images after applying radiometric and geometric corrections. Field-measured turbidity data collected from 15 sampling stations were used as reference data for the calibration and validation of linear regression models. Model performance was assessed using the coefficient of determination (R²) and the root mean square error (RMSE). The results indicated that the NDTI index exhibited the highest explanatory power for turbidity variations (R² ranging from 0.76 to 0.89) and the lowest prediction error (RMSE ranging from 0.00413 to 0.00533 NTU) across all selected seasons, outperforming the other indices. Furthermore, the spatiotemporal patterns of turbidity revealed a significant increase during warm seasons, particularly in the marginal zones of the lake, and lower values during cold seasons and in the central parts of the lake. Overall, the findings demonstrate that the integration of the NDTI index with Sentinel-2 data provides a reliable, cost-effective, and efficient approach for spatiotemporal monitoring of water turbidity in shallow lakes and can serve as a robust scientific basis for sustainable management, environmental conservation, and decision-making processes concerning Zarivar Lake.

کلیدواژه‌ها English

Assessment
turbidity
water quality monitoring
Remote sensing
Sentinel-2

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 15 اردیبهشت 1405