مطالعه اقلیمی تغییرات منابع عمده آب در استان قم با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و فناوری‌های سنجش از دور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه قم، قم، ایران

2 گروه مهندسی عمران ، دانشگاه قم، قم، ایران

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت، تهران، ایران

4 گروه مهندسی عمران، دانشگاه قم، قم، ایران

5 سازمان حفاظت محیط زیست استان قم

6 اداره هواشناسی استان قم، قم، ایران

چکیده

سابقه و هدف: مطالعات متعددی پیرامون بررسی تغییرات اقلیمی و آب‌وهوایی انجام شده است. دسته‌ای از این پژوهش‌ها شامل مطالعه منابع آب سطحی می‌گردد. زیرا این منابع آب از طرفی بسیار متاثر از تغییرات آب‌هوایی است و از طرفی دیگر بر محیط پیرامونی و محیط زیست تاثیر گذارند. عمده مطالعات این حوزه با استفاده از داده‌های ایستگاه‌های هواشناسی، هیدرومتری و نیز تصاویر ماهوار‌ه‌های مختلف می‌باشد. تصاویر ماهواره لندست به سبب قدمت نسبتا مناسب جهت مطالعه در حدود چند دهه مناسب می‌نماید. هدف پژوهش حاضر مطالعه تغییرات پهنه‌های آبی دریاچه نمک و تالا حوض سلطان با استفاده داده‌های هواشناسی ایستگاه‌های زمینی و نیز تصاویر ماهواره لندست به صورت کمی و کیفی است.
مواد و روش‌ها: ابتدا با استفاده از پارامترهای اقلیمی موجود، دوره و گام‌های زمانی مطالعه مشخص شد. این پارامترها شامل میانگین دما، بیشینه و کمینه دما، بارندگی، رطوبت نسبی، تبخیر و غیره بود که در سه ایستگاه استان قم اعم از ایستگاه قم، سلفچگان و کهک اندازه‌گیری شده بودند. این کار با روندیابی و نیز بررسی تغییرات و جهش‌های اقلیمی در هریک از این پارامترها انجام گرفت. به نحوی که با استفاده از نمایش نموداری و آزمون آماری مناسب تغییرات خلاف معمول استخراج شد و آن سال از بازه مطالعه حذف گردید. در مرحله بعد تصاویر ماهواره‌های لندست در زمان‌های انتخابی در مرحله قبل اخذ شد. این تصاویر پیش پردازش، پردازش و پس پردازش گردید. شاخص‌های مربوط به طبقه‌بندی چهار کلاس آب، خاک نمکی، خاک معمولی و پوشش گیاهی اعمال و در استان قم بومی سازی گردید.
نتایج و بحث: براساس مطالعه تغییرات پارامترهای اقلیمی سال‌های نامناسب حذف و زمان‌های مطالعه از سال 1989 تا 2019 میلادی با گام‌های زمانی 5 ساله انتخاب گردید. طبقه‌بندی تصاویر مربوط به این زمان‌ها برای تالاب حوض سلطان  دریاچه نمک و محیط پیرامونی آن‌ها با روش ماشین بردار پشتیبان در نرم افزار ENVI انجام گرفت. این طبقه‌بندی برای تصاویر هر هفت گام زمانی اجرا شد و مساحت هر یک از کلاس‌های آب، خاک نمکی، خاک معمولی و پوشش گیاهی، حاصل گردید. نتایج طبقه بندی باروش های بصری و تعدادی نمونه‌های زمینی کنترل شد. در مرحله بعد تغییرات کلاس‌ها نیز مدل‌سازی و محاسبه شد. میزان تغییر هر کلاس و تبدیل آن به سه کلاس دیگر بین گام‌های زمانی محاسبه شد و نتایج آن به صورت ماتریس تغییرات ارائه گردید. ماتریس تغییرات هم به صورت درصد تغییر و هم به صورت تغییرات با واحد متریک (مترمربع) نمایش داده شد. بر این اساس امکان بررسی عمده تغییرات هرکلاس و مطالعه آن فراهم شد.
نتیجه‌گیری: به طور کلی روند تغییرات عناصر اقلیمی و نیز پهنه‌های آبی استان قم هم جهت بوده است. در بازه زمانی مورد مطالعه برای تالاب حوض سلطان، اواسط دوره مطالعه یعنی حدود سال 2004 میلادی با سطح زیر پوشش آب 61667 هکتار را می‌توان خشک‌ترین سال در بازه زمانی در نظر گرفت. در مورد دریاچه نمک نیز سال‌های 2004 تا 2014 خشک‌ترین سال‌ها طبقه‌بندی شده‌اند. سال 2009 با مساحت زیر پوشش آب در حدود 281 هکتار، خشک‌ترین سال بازه مطالعه است. بررسی این تغییرات با شناخت حوضه آریز هر دو پهنه آبی و تفاوت‌های آن‌ها اطلاعات ارزشمندی در اختیار محققان خواهد گذاشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Climate Study of Changes of Major Water Resources in Qom Province Using Satellite Data and Remote Sensing Technologies

نویسندگان [English]

  • Nima Rohani 1
  • Taher Rajaee 2
  • Barat Mojaradi 3
  • Ehsan Jabbari 4
  • Seyed Ahmad Shafiei Darabi 5
  • Mehran Heidari Bani 6
1 University of Qom, Qom, Iran
2 Department of Civil Engineering, University of Qom, Qom, Iran
3 Faculty of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
4 Department of Civil Engineering, University of Qom, Qom, Iran
5 Department of Environment, Qom, Iran
6 Qom, Iran
چکیده [English]

Introduction: Numerous studies have been carried out on climate change and weather change. Some of these studies include the study of surface water resources. Because these water resources are, on the one hand, highly affected by climate change, they also affect the Peripheral environment and the Environment. Most of the studies in this field are based on the data of meteorological stations, hydrometer stations and different satellite images. Landsat satellite imagery is well suited for studying for decades, due to its relatively old age. The purpose of the present study is to study the changes of Namak (salt) Lake and Hoz-e Soltan Salt Lake using quantitative and qualitative meteorological data of ground stations and Landsat satellite images.
Material and methods: First, using the available climatic parameters, the period and time steps of the study were determined. These parameters included mean temperature, maximum and minimum temperature, rainfall, relative humidity, evaporation and so on which were measured at three stations of Qom province including Qom, Salafchegan and Kahak stations. This was done by routing and examining climate change and climatic mutations in each of these parameters. In such a way, by using graphical representation and appropriate statistical test, unusual changes were extracted and that special year were excluded. Next, images of Landsat satellites were taken at selected times in the previous step. These images were pre-processed, processed and post-processed. Classification indices of four classes of water, salt land, common soil land and vegetation were applied and localized in Qom province.
Results and discussion: Based on the study of changes in climate parameters, inappropriate years eliminated and study times from 1989 to 2019 with 5-year time steps were selected. Images of these times were classified for the Namak Lake, Hoz-e Soltan Salt Lake and their surrounding environment using the Support Vector Machine (SVM) method in ENVI software. This classification was applied to the images every seven steps and yielded the area of each class of water, salty soil, common soil, and vegetation. The results of classification were controlled by the visual method and a number of ground samples. Next, the class changes were modeled and calculated. The rate of change of each class and its conversion into other three classes were calculated between the time steps and its results were presented as a change matrix. The change matrix was expressed as a percentage of change and as a change in metric units (square meters). On this basis, it was possible to survey the major changes of each class and study it.
Conclusion: In general, the trend of climatic parameters and the water zones of Qom province changes have been similar. During the study period for the Hoz-e Soltan wetland basin, the mid-study period of about 2004 with a surface area of 61667 hectares can be considered the driest year in the period of study. In the case of the Namak Lake, the years 2004 to 2014 are also the driest years. 2009 is the driest year in the study area, with an area of about 281 hectares. Investigating these changes by identifying the basin of both water resources and their differences will provide valuable information to researchers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Qom province
  • Namak lake
  • Hoz e Soltan salt lak
  • Satellite images
Ahmadi, M., Alibakhshi, Z. and Farajzadeh Asl, M., 2020. Detection of Spatio-temporal changes in the vegetation of Tehran and satellite cities in association with land surface temperature. Environmental Sciences. 17(4), 133-150. (In Persian with English abstract).
Asakereh, H., 2007. Spatio-temporal variations of Iran Earth's precipitation over recent decades. Geography and Development Iranian Journal. 5(10), 145-164. (In Persian with English abstract).
Baaghideh, M., Alijani, B. and Ziaian, P., 2011. Investigation of the use of NDVI vegetation index in Isfahan drought analysis. Journal of Geographical Studies of Arid Regions. 1(4), 1-16. (In Persian with English abstract).
Cortes, C. and Vapnik, V. 1995. Support-vector networks. Machine Learning. 20(3), 273-297.
Darabi, H., Jafari, A. and Akhavan Farshchi, K., 2016. Analysis of climate change trend in Qom province and its consequences. Journal of Environmental Sciences Studies (JESS). (In Persian with English abstract).
Delju, A.H., Ceylan, A., Piguet, E. and Rebetez, M., 2013. Observed climate variability and change in Urmia Lake Basin, Iran. Theoretical and Applied Climatology. 111(1-2), 285-296.
Fattahi, M.M., 2009. Survey of desertification process in Qom province using remote sensing data with emphasis on land use changes and quantitative and qualitative changes in water resources. Iranian Journal of Range and Desert Research. 16(2), 234-253. (In Persian with English abstract).
Ghale, Y.A.G., 2014. Multitemporal change detection on Urmia lake and its catchment area using remote sensing and geographical information systems. M.Sc. Thesis. Istanbul Technical University. Turkey.
Li, S., He, Y., Chen, X., and Zheng, Y. 2020. The improved bankruptcy method and its application in regional water resource allocation. Journal of Hydro-Environment Research, 28, 48-56.
Mohammadyari, F., Pourkhabbaz, H., Tvakoly, M. and Aghdar, H., 2015. Mapping vegetation and monitoring its changes using remote sensing techniques and GIS (Case study: Behbahan city). Scientific - Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR). 23(92). (In Persian with English abstract).
Nepal, S. (2016). Impacts of climate change on the hydrological regime of the Koshi river basin in the Himalayan region. Journal of Hydro-Environment Research, 10, 76-89.
Ochs, K., Egger, G., Weber, A., Ferreira, T., Householder, J. E. and Schneider, M., 2020. The potential natural vegetation of large river floodplains–From dynamic to static equilibrium. Journal of Hydro-Environment Research. 30, 71-81.
Pal, M. and Mather, P.M., 2005. Support vector machines for classification in remote sensing. International Journal of Remote Sensing. 26(5), 1007-1011.
Rahimi, D. and Majd, M., 2011. Analysis of climatic fluctuations and their impact on water resources in the northern slope of the Karkas. Journal of Geography and Regional Development. 17, 211-227. (In Persian with English abstract).
Rahmatizadeh, A. and Jafari, M., 2014. Investigating the effects of saveh and Ghadir dams construction on desertification process in Masileh Qom plain. Iranian Journal of Range and Desert Research. 21(3), 494-506. (In Persian with English abstract).
Rajaee, T., 2019. The Study of Dust (Sources, Trajectories, Concentration, Affected Areas and etc.) Centers in Qom, Using Satellite Remote Sensing Technology and Geographic Information System. Qom Province Environmental Protection Agency. Qom, Iran. (In Persian with English abstract).
Raziei, T., Daneshkar Arasteh, P. and Saghafian, B., 2005. Annual rainfall trend analysis in arid and semi-arid regions of central and eastern Iran. Journal of Water and Wastewater. 16(2), 73-81. (In Persian with English abstract).
Rokni, K., Ahmad, A., Selamat, A. and Hazini, S., 2014. Water feature extraction and change detection using multitemporal landsat imagery. Remote Sensing. 6(5), 4173-4189.
Tabari, H., Sabziparvar, A. and Maroofi, S., 2008. Investigation of the annual change trend of meteorological parameters in two hot and cold climates of Iran. Journal of Water, Soil, and Plants in Agriculture. 8(1B). (In Persian with English abstract).
Yan, X., Bao, Z., Zhang, J., Wang, G., He, R. and Liu, C., 2020. Quantifying contributions of climate change and local human activities to runoff decline in the upper reaches of the Luanhe River basin. Journal of Hydro-environment Research, 28, 67-74.
Zabihi, A., Soleimani, K., Shabani, K. and Abravesh, S., 2011. Investigation of spatial distribution of annual precipitation using geostatistical methods (case study: Qom Province). Physical Geography Research. 78, 101-112. (In Persian with English abstract).