مقدمه میزان رسوبات و مواد معلق به همراه آب جاری یکی از دغدغه‌های مهم در طراحی سازه‌های هیدرولیکی مانند کانال‌ها، دریچه‌ها و توربین‌های سدها است. این موضوع از جنبه‌های دیگر مانند حفظ کیفیت خاک در زمین‌های کشاورزی، رسیدگی به مسائل زیست‌محیطی و مدیریت منابع آب برای شرب و صنعت بسیار حائز اهمیت است. در این راستا، تصاویر ماهواره‌ای برای تخمین و پایش کیفیت آب رودخانه‌ها (به‌ویژه غلظت بار معلق)، منابع آلودگی و حرکت آن‌ها استفاده می‌شود. آن‌ها به‌طور همزمان منطقه وسیعی از منطقه مورد مطالعه را پوشش می‌دهند و بازتاب طیفی پدیده‌های زمینی را نیز ثبت می‌کنند و راندمان بالایی دارند. به‌طور کلی تحقیقات انجام شده در زمینه رابطه بین بازتاب طیفی آب (ثبت شده در تصاویر ماهواره‌ای) و غلظت بار معلق نشان می‌دهد که بین طول موج قرمز و مادون قرمز با غلظت بار معلق همبستگی وجود دارد، که می‌توان از این باندها به‌عنوان شاخصی در ارزیابی و تخمین میزان غلظت بار معلق استفاده نمود. از طرفی روش مناسب برای یافتن مدل محلی غلظت رسوب معلق استفاده از داده‌های میدانی جمع‌آوری شده در طول تصویربرداری ماهواره‌ای است. بر همین اساس، در این مقاله، به برآورد رسوب معلق با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای سنتینل-2 در رودخانه با عرض کم پرداخته شده است. مواد و روش‌ها در این تحقیق برآورد غلظت رسوب معلق با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای سنتینل-2 در رودخانه‌های کم عرض مورد بررسی قرار گرفته است. به‌منظور بررسی همبستگی میان بازتاب طیفی باندهای تصاویر سنتینل-2 و غلظت رسوب معلق از آمار غلظت رسوبات معلق ایستگاه پل‌چهر واقع در رودخانه گاماسیاب استان کرمانشاه در دوره پنج ساله (1394 تا 1398)همزمان با آن‌ها استفاده شد. بدین منظور گستره‌ای از مقادیر مختلف رسوب از غلظت 44/0 میلی‌گرم بر لیتر تا 86/118 میلی‌گرم بر لیتر استفاده شده است. از مجموع 24 تصویر مناسب با روزهای اندازه‌گیری غلظت رسوب معلق چهار تصویر به‌دلیل ابری بودن و دو تصویر با انعکاس غیرعادی بالاتر از بقیه حذف شدند. در نهایت 18 تصویر ماهواره‌ای مربوط به سیل استفاده شد، که از 12 تصویر (70 درصد داده‌ها) برای استفاده در مرحله واسنجی و 6 تصویر (30 درصد) در مرحله اعتبارسنجی مورد استفاده قرار گرفت در این مطالعه ارزش‌های مربوط به پیکسل‌های تصاویر منطبق بر داده‌های موجود هیدرومتری پل‌چهر در دو حالت تک باند و نسبت باند استخراج شد و مدل‌های رگرسیونی (خطی، نمایی و چند جمله‌ای) مناسب برازش داده شد و دقت و صحت این مدل‌ها بررسی شده است. در نهایت، نوع الگوریتم حاکم بر غلظت رسوب معلق در رودخانه گاماسیاب تعیین شد.
نتایج و بحث در این تحقیق از 8 باند ماهواره سنتینل-2 به‌صورت تک باند و نسبت باند استفاده شد. نتایج نشان داد که غلظت رسوب معلق در ایستگاه پل‌چهر از 44/0 میلی‌گرم بر لیتر تا 86/118 میلی‌گرم بر لیتر متغیر بوده است. بر اساس نتایج، مشخص شد که تاریخ‌هایی با مقادیر بازتاب بالاتر، غلظت رسوب معلق اندازه‌گیری شده بالاتری داشتند. بیشترین میزان بازتاب از سطح آب در باند پنج (703 نانومتر) و B8A مشاهده شد. همچنین، از مدل‌های به‌دست‌آمده، مشخص شد که در مورد تک باند، نتایج بهتری نسبت به زمانی که نسبت باند استفاده می‌شد، به دست آمد. مدل نمایی مربوط به باند 5 که همبستگی بالاتری با تمام مقادیر رسوب داشت و ضریب تعیین برابر 83/0 به دست آمد. برای ارزیابی نتایج پژوهش حاضر از ریشه میانگین مربعات خطای شاخص ارزیابی استفاده شد که مقدار آن برای باند 5 برابری 95/33 بود. مشخص شد که مدل‌سازی پارامتر رسوب معلق با دقت مناسبی انجام شده است. نتایج مطالعه حاضر نشان داد که تصاویر ماهواره‌ای می‌تواند برای ارزیابی پایش کیفیت آب مفید باشد. علاوه بر این، پژوهش حاضر نشان داد که سنتینل-2 می‌تواند به‌عنوان ابزاری مناسب برای تخمین غلظت رسوب معلق با دقت قابل‌قبولی در حوضه‌های کوچک مقیاس و شرایط سیلابی استفاده شود.
نتیجه‌گیری نتایج نشان داد که تصاویر ماهواره سنتینل-2 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 قابل‌قبول و مناسب بودند. از میان مدل‌های به‌دست 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-2در حوضه آبخیز گاماسیاب استان کرمانشاه در مواقعی که امکان جمع‌آوری داده‌های میدانی وجود ندارد، استفاده کرد. مطالعه حاضر به عنوان مرجعی برای تحقیقات آتی در بررسی و برآورد رسوبات معلق با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای 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 روش‌های تخمین رسوب معلق با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای می‌تواند به عنوان روشی سریع و کارآمد برای پایش کیفیت آب در رودخانه‌های کم عرض استفاده شود.
parvizi S, Hosseini S Z, Talebi A, Zahedi S. Estimation of Suspended Sediment Concentration in Gamasiab Watershed Based on Sentinel-2 MSI Data. jwmseir 2024; 18 (64) : 1 URL: http://jwmsei.ir/article-1-1121-fa.html
پرویزی سارا، حسینی سید زین العابدین، طالبی علی، زاهدی صلاح الدین. بررسی امکان برآورد غلظت رسوب معلق با استفاده از تصاویر Sentinel-2MSI در حوزه آبخیز گاماسیاب. مجله علوم ومهندسی آبخیزداری ایران. 1403; 18 (64) :1-14
به اطلاع کلیه نویسندگان ، محققین و داوران محترم می رساند:با عنایت به تصمیم هیئت تحریریه مجله علمی پژوهشی علوم و مهندسی آبخیزداری فرمت تهیه مقاله به شکل پیوست در بخش راهنمای نویسندگان تغییر کرده است. در این راستا، از تاریخ ۱۴۰۳/۰۱/۲۱ کلیه مقالات ارسالی فقط در صورتی که طبق راهنمای نگارش جدید تنظیم شده باشد مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
