تخمین غلظت رسوبات معلق رودخانه‌ای با استفاده از تصاویر سنجنده MODIS (مطالعه موردی: ایستگاه هیدرومتری ملاثانی)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آبخیزداری دانشکده منابع طبیعی ساری و مربی پژوهشی پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری

2 استاد مرکز RS و GIS دانشکده منابع طبیعی ساری

چکیده

     غلظت مواد معلق رودخانه‌ای که در ایستگاه‌های هیدرومتری به روش‌های مستقیم و سنتی اندازه‌گیری می‌شوند در اغلب موارد زمان بر و پر هزینه بوده و در حالی که در پاره‌ای از مواقع با خطاهای انسانی توأم می‌باشند غالبا" در مقیاس زمانی و مکانی به صورت ناپیوسته محاسبه و ثبت می‌گردند. در این راستا، استفاده از انعکاس طیفی داده‌های ماهواره‌ای خصوصا" تصاویر MODIS به دلیل در دسترس بودن و تصویر برداری روزانه می‌تواند ابزار مناسبی جهت برآورد غلظت رسوبات معلق رودخانه‌ای باشد. در این تحقیق، همبستگی میان بازتاب طیفی باندهای تصاویر سنجنده مودیس (باندهای قرمز و مادون قرمز هر یک به تنهائی و همچنین نسبت باندی بین آن‌ها) با غلظت رسوبات معلق رودخانه‌ای مورد بررسی قرار گرفته است. در این ارتباط، از آمار غلظت رسوبات معلق ایستگاه ملاثانی در یک دوره زمانی نه ساله (سال‌های 1382 تا 1390) و تصاویر مودیس روزانه همزمان با آن‌ها (باندهای قرمز و مادون قرمز با قدرت تفکیک مکانی 250 متر) استفاده شده است. به منظور شناخت از ارتباط میان داده‌ها، ابتدا همبستگی میان کلیه تصاویر و غلظت رسوبات معلق همزمان با آن‌ها برای کل دوره آماری (تمامی فصول سال با یکدیگر) بررسی گردید که نتایج آن همبستگی پائین داده‌ها را نشان داد. در مرحله بعد داده‌های مربوط به فصل مرطوب (ماه‌های آذر، دی، بهمن، اسفند و فروردین) دوره آماری مورد بررسی قرار گرفت که نتایج گرفته شده از آن حاکی از همبستگی بالای بین بازتاب طیفی باند قرمز و غلظت رسوبات معلق بود (درصد 88 r=). به منظور ایجاد یک رابطه رگرسیونی انواع روابط خطی و غیر خطی  مورد بررسی آماری قرار گرفت و سرانجام یک رابطه خطی با داشتن آماره‌های مناسب 43=F، 0=Sig.، 77/0=R2) واسنجی گردید
(15n=، 242/0=b، 27/1a=) رابطه رگرسیونی محاسبه شده سپس با استفاده از روش LOOCV مورد ارزیابی قرارگرفت (درصد 26RRMSE= و mg/l 55 RMSE =). لازم به ذکر است که علی رغم کم بودن تعداد داده‌های غلظت رسوبات معلق رودخانه (در مقایسه با اغلب تحقیقات مشابه انجام شده)، وجود مشکلات تصویری (ابرناکی، ریز گردها) و همچنین برخی عوامل ﺗﺄثیر گذار در بازتاب طیفی رودخانه کارون با این حال، نتایج به دست آمده بیانگر کارائی مناسب این تصاویر در تخمین روزانه غلظت رسوبات معلق در رودخانه‌های بزرگ است.
 
 
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Estimation of Fluvial Suspended Sediment Concentration Using MODIS Sensor (Case Study: Hydrometry Station of Mollasani)

نویسندگان [English]

  • Mahmoodreza Tabatabaee 1
  • Karim Soleymani 2
1 Ph.D. student and Research Instructor of Soil Conservation and Watershed Management Research Institute
2 Head of GIS and RS Center, Faculty of Natural Resources, University of Sari, Iran
چکیده [English]

     The fluvial suspended sediment concentration (SSC) which is directly and traditionally measured in the most times is costly and time consuming. Also, in some situations it has some human errors and also is calculated and recorded in a discontinuous time and spatial scale. MODIS data, because of high temporal resolution and accessibility are proper tools to estimate fluvial SSC.
In this research, the relationship between spectral reflectance of red and near infra red bands of MODIS sensor, their band ratios and their simultaneous fluvial SSC data have been evaluated.
Regarding with this, in a period of 9 years the SSC data of Mollasani hydrometry station (2003-2011) and simultaneous daily MODIS images (red and infra red bands with 250m spatial resolution) have been used.
 In order to understand the relationship between data, the correlation between the SSC and all simultaneous images for the entire period (all seasons together) was investigated and derived results showed a low correlation among them.In the next stage, the data of wet season (22 Nov to 20 Apr) for entire statistical period were evaluated and results showed a high correlation between SSC and water spectral reflectance
 (r= %88).To make a regression relation, some linear and nonlinear relations were statistically considered and eventually a linear relation with having suitable parameters (R2= 0.77, Sig.= 0, F= 43) was calibrated
 (a= 1.27, b= 0.242, n= 15). The calibrated relation then was validated using leave one out cross validation (LOOCV) method (RMSE= 55 mg/l, RRMSE= %26). In summary, despite the insufficient number of fluvial SSC data, the existence of cloud and aerosol in the images and also other influencing parameters in spectral reflectance of Karun river, the results showed good performance of MODIS images in estimating daily fluvial SSC in large rivers in wet season.
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Karon river
  • Suspended sediment concentration
  • Modis