پایش تغییرات دریاچه زریبار کردستان با استفاده از شاخص‌های طیفی تفاضل نرمال و تصاویر لندست در سامانه Google Earth Engine

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه انرژی‌های نو و محیط‌زیست، دانشکده علوم و فنون نوین، تهران، ایران

2 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

4 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد سنجش از دور و GIS، دانشگاه تهران، تهران، ایران

5 دانشجوی دکتری سازه‌های آبی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران

6 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی آبخیز، دانشکده منابع طبیعی و علوم زمین، دانشگاه کاشان، کاشان، ایران

چکیده

دریاچه‌ها از منابع ملی باارزش هر کشور محسوب می‌شوند و بررسی تغییرات سطح و حجم آب دریاچه ها به منظور حفاظت آن ها و همچنین برای تصمیم‌گیری و مدیریت بهتر منابع آب، همواره از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. بررسی تغییرات در سال های اخیر در بین کشورها جایگاه ویژه ای پیدا کرده است. در این پژوهش به پایش تغییرات مساحت دریاچه زریبار واقع در استان کردستان در بازه زمانی بلندمدت 36 ساله 2020-1984 پرداخته شده است. قابل ذکر است که در این مطالعه از سامانه Google Earth Engineیا به‌اختصار GEE استفاده شد که سامانه‌ای نوپا و بسیار کاربردی در سال‌های اخیر است. این سامانه، حجم بالایی از اطلاعات را با کد نویسی در کمترین زمان در دسترس قرار می‌دهد. در پژوهش حاضر با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 5 و 8 و سامانه GEE و الگوریتم‌های طیفی NDWI و MNDWI در کمترین زمان و هزینه، جداسازی پهنه آبی از سایر پدیده‌ها با استفاده از آستانه‌گذاری صورت گرفت و تغییرات بلندمدت مساحت آن بررسی شد. تغییرات یادشده برای مدیریت منابع آبی و نیز مدیریت بحران در منطقه با توجه به اهمیت دریاچه زریبار، حائز اهمیت است. اعتبارسنجی نتایج و مقایسه بین شاخص‌ها برای دریاچه زریبار نشان داد که شاخص MNDWI با ضریب کاپای 94/0 و دقت کلی 97 درصد برای دوره اخیر، شاخصی بسیار مناسب برای این منطقه محسوب می‌شود و نتایج آن از شاخص NDWI بسیار بهتر و در نتیجه کارآمدتر است. نوسانات سطح دریاچه زریبار در بازه زمانی بلندمدت 36 ساله، زیاد بوده است. به طور نمونه میانگین سطح دریاچه در بازه زمانی 1995-1984 با شاخص MNDWI960/852 هکتار بوده و در بازه زمانی 2020-2015 با همین شاخص، 371/989 هکتار است. توصیه می‌شود پژوهشگران از شاخص‌های طیفی و سامانه GEEبا توجه به قابلیت‌های بالایی که دارند برای شناسایی روند تغییرات پهنه‌های آبی در مدیریت منابع آب بهره گیرند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Monitoring the Changes of Zaribar Lake in Kurdistan Using Spectral Indicators and Landsat Images in Google Earth Engine System

نویسندگان [English]

  • Hossein Yousefi 1
  • hasan torabi podeh 2
  • ali haghizadeh 3
  • arman samadi 4
  • azadeh arshiya 5
  • yarahmadi yarahmadi 6
1 Associate Professor, Department of New Energy and Environment, University of Tehran, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Water Engineering, Lorestan University, Lorestan, Iran
3 Associate Professor, Department of Watershed Management, Lorestan University, Lorestan, Iran
4 Graduate of Remote Sensing and GIS, University of Tehran, Tehran, Iran
5 PhD student in Hydraulic Structures, Lorestan University, Lorestan, Iran
6 PhD student in Watershed Science and Engineering, Kashan University, Kashan, Iran
چکیده [English]

Lakes are considered valuable national resources of any country and the study of changes in the level and volume of water of lakes in order to protect them and also for better decision-making and management of water resources is always of particular importance. The study of changes in recent years has found a special place among countries. In this study, the changes in the area of ​​Zaribar Lake located in Kurdistan province in the long-term period of 36 years, from 1984-2020, have been monitored. It is noteworthy that in this study, the Google Earth Engine system, or GEE for short, was used, which is a new and very useful system in recent years. This system makes a large amount of information available with coding in the shortest time. In the present study, using Landsat 5 and 8 satellite images and GEE system and NDWI and MNDWI spectral algorithms in the shortest time and cost, water zone separation from other phenomena was done using thresholding and long-term changes in its area. Checked out. The mentioned changes are important for water resources management as well as crisis management in the region due to the importance of Zaribar Lake. Validation of the results and comparison between the indicators for Zaribar Lake showed that the MNDWI index with a kappa coefficient of 0.94 and an overall accuracy of 97% for the recent period is a very suitable index for this region and its results are much better than the NDWI index and The result is more efficient. Fluctuations in the surface of Lake Zaribar have been high over a long period of 36 years. For example, the average level of the lake in the period 1984-1995 with the index MNDWI of 852.960 hectares and in the period 2020-2015 with the same index, is 989.371 hectares. It is recommended that researchers, planners and executive users use the spectral indicators and the GEE system due to their high capabilities to identify the trend of changes in water areas in water resources management.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Google Earth Engine
  • MNDWI
  • NDWI
  • Water Zone
  • Zaribar

مراجع

اخوان قالیباف، م.، علی پور، ح.، الوست، ق.، کورنووا، م.، مختاری، م.ح.، 1398. بررسی تغییرات مساحت پوشش زمین و کاربری حوضه آبخیز دریاچه ارومیه با استفاده از تصاویر MODIS. هیدروژئومرفولوژی، 6(18): 97-113.
تافته، ا.، ملاح، س.، ابراهیمی پاک، ن. ع.، 1399. بررسی نتایج داده­های روزانه، ده روزه و ماهانه تصاویر ماهواره در تخمین مقدار بارش با استفاده از سامانه Google Earth Engine در استان خوزستان. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 9(3): 94-103.
ترابی، غ.، آقامحمدی زنجیرآباد، ح.، بهزادی، س.، 1397. پایش وضعیت دریاچه بختگان و اراضی اطراف آن با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و هوش محاسباتی. اکوهیدرولوژری، 5 (1): 251-263.
حیدری­زادی، ز.، محمدی، ع.، یعقوبی، ث.، 1397. ارزیابی وضعیت آب­های زیرزمینی دشت مهران و عوامل تأثیرگذار بر کمیت این منابع. هیدروژئولوژی. 3(2): 59-68.
خسروی، ر.، حسن‌زاده، ر.، حسینجانی زاده، م.، محمدی، ص.، 1399. بررسی تغییرات پهنه­های آبی با استفاده از شاخص­های آبی و گوگل ارث انجین (مطالعه موردی: تالاب­های شهرستان پلدختر- استان لرستان). اکوهیدرولوژی، 7(1): 131-146.
شمشکی، ا.، کرمی، غ.، 1398. تغییرات زمانی و مکانی جریان آب زیرزمینی در ساحل جنوب‌شرقی دریاچه ارومیه. هیدروژئولوژی، 4(1): 26-41.
شیخ قادری، س.ه.، مهدوی فرد، م.، 1399. به­کارگیری و پردازش داده­های حجیم چندسنجنده­ای درEarth Engine (EE) Explorer به­منظور آشکارسازی تغییرات دریاچه ارومیه در فصول بارشی. اولین کنفرانس ملی داده­کاوی در علوم زمین، دانشکده مهندسی علوم زمین.
علی­بخشی، ت.، عزیزی، ز،. وفایی­نژاد، ع.، آقامحمدی زنجیرآبادی، ح.، 1399. بررسی تغییرات مساحت پهنه­های آبی حوضه آبریز سد شهید عباسپور ناشی از سیل‌های 2019 با استفاده از .Google Earth Engine اکوهیدرولوژی، 7(2): 345-352.
علیپور، ح.، اخوان قالیباف، م.، قلیوف، ا.، کورنووا، م.، مختاری، م. ح.، 1400. استفاده از الگوریتم SEBAL و تصاویر سنجنده MODIS جهت تخمین تبخیر و تعرق واقعی (مطالعه موردی: حوضه آبریز دریاچه ارومیه). هیدروژئولوژی، انتشار آنلاین.
گودرزی، ز.، وفایی نژاد، ع.، 1398. استفاده از الگوریتم جهش قورباغه و سیستم اطلاعات مکانی برای کمک به بهره­برداری بهینه از مخزن سد درودزن. اکوهیدرولوژی، 6(4): 983-991.
محمدی ورزنه، ن.، وفایی­نژاد، ع.، 1394. تخصیص آب در شبکه­های آبیاری به کمک سیستم پشتیبانی تصمیم­گیری مبتنی بر سیستم اطلاعات مکانی و الگوریتم ازدحام ذرات (نمونه موردی: اراضی کشاورزی قورتان). اکوهیدرولوژی، 2(1): 39-49.
میکائیلی حاجی­کندی، خ.، سبحانی، ب.، ورامش، س.، 1398. ارزیابی تغییرات پوشش بخش جنوبی دریاچه ارومیه با استفاده از تصاویر ماهواره­ای. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. انتشار آنلاین.
وفایی­نژاد، ع.، 1395. بهینه­سازی الگوی کشت با استفاده از روش TOPSIS و الگوریتم ژنتیک بر مبنای قابلیت­های GIS (اراضی بخش جلگه، استان اصفهان). اکوهیدرولوژی، 3(1): 69-82.
وفایی­نژاد، ع.، یوسف­زاده، ج.، یوسفی، ح.، محمدی ورزنه، ن.، 1393. مدیریت توزیع آب در شبکه­های آبیاری و تخصیص الگوی کشت به کمک سیستم اطلاعات مکانی و برنامه­ریزی خطی (نمونه موردی: اراضی پایین­دست سد آغ چای). اکوهیدرولوژی، 1(2): 123-132.
Amani, M., Mahdavi, S., Afshar, M., Brisco, B., Huang, W., Mirzadeh., M., Hopkinson, C., 2019. Canadian wetland inventory using Google Earth engine: the first map and preliminary results. Remote Sensing, 11(7): 842.
Banko, G., 1998. A review of assessing the accuracy of classifications of remotely sensed data and of methods including remote sensing data in forest inventory.
Goodarzi, M., Pourhashemi, M., Azizi. Z., 2019. Investigation on Zagros forests cover changes under the recent droughts using satellite imagery, Journal of Forest Science, 65(1): 9-17.
Gorelick, N., Hancher, M., Dixon, M., Ilyushchenko, S., Thau, D., Moore, R., 2017. Google Earth Engine: Planetary-scale geospatial analysis for everyone. Remote sensing of Environment, 202: 18-27.
Guide, E.U.S., 2008. ENVI on-line software user’s manual. ITT Visual Information Solutions.
Hesham, M., Asmar, El., Mohammed, E., Sameh, B., Kafrawy, El., 2013. Surface area change detection of the burullus lagoon, north of the Nile delta, Egypt, using water indices a remote sensing approach. The Epyptial journal of remote sensing and space science, 16(1): 119-123.
Liang, K., Li, Y., 2019. Changes in Lake Area in Response to Climatic Forcing in the Endorheic Hongjian Lake Basin, China. Remote Sensing, 11(24): 3046.
McFeeters, S.K., 1996. The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features. International journal of remote sensing, 17(7): 1425-1432.
Sarp, G., Ozcelik, M., 2017. Water body extraction and change detection using time series: A case study of Lake Burdur, Turkey. Journal of Taibah University for Science, 11(3): 381-391.
Tamiminia, H., Salehi, B., Mahdianpari, M., Quackenbush, L., Adeli, S., Brisco, B., 2020. Google Earth Engine for geo-big data applications: A meta-analysis and systematic review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 164: 152-170.
Wang, C., 2018. Long-Term Surface Water Dynamics Analysis Based on Landsat Imagery and the Google Earth Engine Platform: A Case Study in the Middle Yangtze River Basin. Remote Sensing, 10(10): 1635.
Wang, Y., Ma, J., Xiao, X., Wang, X., Dai, S., Zhao, B., 2019. Long-term dynamic of Poyang Lake surface water: A mapping work based on the Google earth engine cloud platform. Remote Sensing, 11(3): 313.
Wulder, M.A., 2019. Current status of Landsat program, science, and applications. Remote sensing of environment, 225: 127-147.
Xu, H., 2006. Modification of normalized difference water index (NDWI) to enhance open water features in remotely sensed imagery. International journal of remote sensing, 27(14): 3025-3033.
Zhu, Z., Michael, A., David, P., Curtis, E., Matthew, C., Volker, C., 2019. Benefits of the free and open Landsat data policy. Remote Sensing of Environment, 224: 382-385.
Zou, Z., Dong, J., Menarguez, M., Xiao, X., Qin, Y., Doughty, R., Hooker, K., Hambright, D., 2017. Continued decrease of open surface water body area in Oklahoma during 1984–2015. Science of the Total Environment, 595: 451-460.
هیدروژئولوژی
دوره 6، شماره 2
ناشر
اسفند 1400
صفحه 30-41

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار