پایش تغییرات دینامیکی پارامترهای کیفیت‌آب مخزن سدها با سنجش‌از‌دور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی آب دانشکده آب و خاک دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 گروه مهندسی آب، دانشکده مهندسی آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران

چکیده

پایش مداوم کیفیت‌آب مخازن سدها، به‌ویژه در مواجهه با تغییرات اقلیمی و فشارهای انسانی، برای مدیریت بهینه منابع آب ضروری است. در این پژوهش، از تصاویر ماهواره‌ Landsat8 به‌منظور مدل‌سازی و پهنه‌بندی دو پارامتر کلیدی کیفیت‌آب شامل کلروفیل‌آ و کدورت مخزن سد Choke Canyon در ایالت تگزاس-آمریکا استفاده شد. به‌منظور تخمین دقیق مقادیر این پارامترها، روش رگرسیون غیرخطی چندمتغیره بر مبنای داده‌های میدانی برداشت‌شده از 19 نقطه در سطح مخزن توسعه یافت. نتایج مدل‌سازی نشان‌داد که روابط استخراج‌شده به‌ترتیب با ضریب‌تبیین و RMSE، 96/ 0 و 09/0 برای کلروفیل‌آ و 84/0 و 1/0 برای کدورت در زمان‌مرجع، عملکرد قابل قبولی دارند. همچنین به‌منظور کاهش خطاهای ناشی از تغییرات جوی‌و‌شرایط محیطی در اثر گذشت‌زمان و پیش‌بینی مقادیر پارامترهای کیفی آب مخزن برای زمان آینده، از پارامتر اصلاحی ویژه (SCP) استفاده‌شد که با اعمال آن، مقدار خطای RMSE در زمان‌جدید برای تخمین کلروفیل‌آ از 15/0 به 09/0 و برای کدورت از 14/0 به 05/0 کاهش یافت. تحلیل نتایج ترسیم پهنه‌بندی پارامترهای کیفی آب نشان‌داند که بیش‌ترین غلظت کلروفیل‌آ عمدتاً در نواحی غربی، دیواره‌های کناری و مناطق کم‌عمق مخزن، و بیش‌ترین غلظت کدورت در نواحی میانی و عمیق مخزن مشاهده می‌شود که این الگوها به عوامل محیطی همچون عمق آب، جریان‌های ورودی به مخزن، و توپوگرافی مخزن وابسته می‌باشند. در مجموع، یافته‌های این پژوهش نشان‌داد که ترکیب تصاویر ماهواره‌ای، مدل‌سازی آماری و اصلاحات‌طیفی می‌توانند به‌عنوان روشی کارآمد برای پایش کم‌هزینه و گسترده کیفیت آب دریاچه‌ها و مخازن سدها مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Monitoring dynamic changes in water quality parameters of dam reservoirs using remote sensing

نویسندگان [English]

  • Abdolreza Zahiri 1
  • Hamed Feiz Abady 2
1 Associated Professor, Dep. of Water Engineering, Faculty of Water and Soil, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Golestan.
2 Water Engineerin Department, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Continuous monitoring of water quality in dam reservoirs, especially under the influence of climate change and anthropogenic pressures, is vital for sustainable water resource management. This study utilized Landsat 8 satellite imagery to model and map two key water quality parameters chlorophyll-a and turbidity in the Choke Canyon Reservoir, Texas, USA. A multivariate nonlinear regression model was developed based on in-situ data collected from 19 points across the reservoir surface. The results showed that the developed models performed well at the reference time, with R² and RMSE values of 0.96 and 0.09 for chlorophyll-a, and 0.84 and 0.10 for turbidity, respectively. To address temporal changes and environmental variability, a Spectral Correction Parameter (SCP) was introduced, which improved model accuracy for future time predictions. The RMSE for chlorophyll-a estimation decreased from 0.15 to 0.09, and for turbidity from 0.14 to 0.05 after applying SCP. Spatial analysis revealed that higher chlorophyll-a concentrations were mainly found in the western, shallow, and nearshore areas of the reservoir, while higher turbidity levels were concentrated in the central and deeper zones. These spatial patterns were closely related to environmental factors such as water depth, inflow currents, and reservoir topography. Overall, the integration of remote sensing data, statistical modeling, and spectral correction techniques proved effective for low-cost, large-scale monitoring of water quality in reservoirs.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chlorophyll-a
  • Modeling
  • Reservoir
  • Satellite imagery
  • Turbidity