شنبه, ۲۵ دی ۱۴۰۰ ۱۲:۰۵ ۱۲۹
طبقه بندی: توسعه کاربرد RS
چچ
پایش ماهواره ای مدیریت منابع آب زیر زمینی

پایش ماهواره ای مدیریت منابع آب زیر زمینی

در این مطالعه با ذکر مورد نمونه به بررسی قابلیت ها و توانایی های فناوری سنجش از دور در مدیریت منابع آب زیر زمینی پرداخته شده است.

مقدمه و بیان موضوع

کشور ایران دارای اقلیمی گرم و خشک است و از دیرباز مردم ایران همواره با واژه هایی مانند کمبود آب، بحران خشکسالی و کمبود بارندگی آشنا بوده اند. به گفته اکثر کارشناسان محیط زیست، فلات ایران در آستانه یک بحران جدی نیست، بلکه در دل یک بحران جدی قرار دارد و بیم آن می رود که مدیریت تنش های اجتماعی، مهاجرت به سمت مناطق شهری و از بین رفتن منابع غذایی کشور از کنترل خارج بشود. با توجه به تمامی توضیحات فوق، برنامه ریزی برای تمامی منابع آبی کشور ضرورتی انکار ناپذیر است. در میان تمامی منابع آبی، مدیریت منابع آب زیر زمینی بیشتر مورد توجه است. آب‌های زیرزمینی به آب‌هایی گفته می‌شود که در لایه‌های آب‌دار و اشباع زیر زمین تجمع پیدا کرده‌است. این آب‌ها فقط حدود ۴ درصد از مجموعه آب‌هایی را که فعالانه در چرخه آب‌شناختی دخالت دارند، تشکیل می‌دهد. با این وجود حدود ۵۰ درصد جمعیت دنیا از نظر آب شرب متکی به همین منبع هستند و دقیقاً به همین دلیل است که مدیریت آن ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. منابع آب زیر زمینی بی پایان نیستند. باید توجه کرد که ارزیابی پتانسیل تجدید این منابع و جایگزینی آن ها به همان میزانی که مدیریت استخراج و بررسی کیفیت آب اهمیت دارد، مهم است.


ضرورت اجرا و اهداف

در ایران برداشت آب های زیر زمینی بیش از حد بوده است. از نشانه‌های این وضعیت خشک شدن پهنه های آبی، فرونشست زمین، فرسایش خاک، بیابان‌زایی و طوفان‌های گرد و غبار بیشتر است. در سال های اخیر، شاهد پدیده فرونشست در بسیاری از نقاط کشور هستیم که نشان دهنده از بین رفتن منابع آبی زیر زمینی کشور است. نابودی زمین های کشاورزی و به طبع آن مهاجرت از مناطق روستایی به مناطق شهری از جمله ناهنجاری هایی است که ریشه در از بین رفتن منابع آبی دارد. بر اساس بررسی های آماری، افزایش جمعیت کلان شهرهایی مانند تهران، رابطه مستقیمی با کاهش نزولات آسمانی داشته است. مهاجرت بی رویه، هزینه های بالای اجتماعی و اقتصادی را به کشور تحمیل کرده است و به حاد شدن بحران هایی مانند بی کاری دامن زده است. از بین رفتن منابع آب‌های زیر زمینی طی حدود ۲۵ سال اخیر، می‌تواند با تسریع در وقوع زمین‌لرزه‌های مهم بعدی در نواحی لرزه‌زا و در پهنه گسل‌های فعال همراه باشد. در مطالعاتی که در نواحی که وضعیتی مشابه از نظر لرزه خیزی و همچنین مساله خشکسالی با فلات ایران دارند، می‌توان به ایالت کالیفرنیای آمریکا اشاره کرد. مطالعات اخیر نشان می‌دهد که در طی ۱۵۰ سال اخیر حدود ۱۶۰ کیلومتر مکعب آب از دره مرکزی کالیفرنیا با حفر چاه برداشت شده است. حدود ۳۰ درصد از این میزان به حدود ۱۰ سال اخیر مربوط بوده است. مطالعات زمین‌شناسان نشان می‌دهد که الزاماٌ بودن یا نبودن آب‌های زیر زمینی به لرزه خیز شدن یا بی لرزه شدن گسل‌ها و همچنین شکل گیری آن ها ارتباط مستقیمی ندارد، ولی مساله آن است که همین مطالعات نشان می‌دهد تخلیه سفره‌های آب زیر زمینی می‌تواند به تسریع در رخداد یک زلزله مهم بعدی بینجامد. در واقع این بار برداری از لایه‌های آب‌دار سطحی می‌تواند به تغییر در ریتم رخداد زلزله‌های اصلی منجر شود. با توجه به توضیحات بالا، لزوم ارائه اطلاعاتی جامع درباره مدیریت منابع آب زیر زمینی و همچنین منابع جایگزین احتمالی ضروری خواهد بود. در این خدمت هدف مراقبت و کمک به بازیابی منابع آب زیر زمینی با پایش مستمر آن ها و با استفاده تکنیک های سنجش از دور و به کمک داده های ماهواره ای و در صورت امکان سایر داده های هیدرولوژیکی، زمین شناسی، نقشه برداری و ... است. همچنین هدف اصلی دیگر این خدمت، تولید نقشه های پتانسیل منابع آب زیر زمینی به کمک تحلیل های GIS است. امید است اطلاعات این خدمت به مسئولین و تصمیم گیران در مدیریت منابع آبی کشور کمک شایانی بکند.


داده ها و روش ها

ازجمله نشانه های مهم از بین رفتن منابع آب زیرزمینی، فرونشست زمین پیرامون آن است. استفاده از طول موج های باندهای C (3/75 تا 5/7 سانتیمتر) و X (2/40 تا 3/75 سانتیمتر) تصاویر راداری در پایش فرونشست زمین به اثبات رسیده است. اگرچه داده های باند X، دارای قدرت تفکیک مکانی بالاتری هستند ولی به دلیل هزینه بالا استفاده از آن مقرون به صرفه نیست. به طور کلی استفاده از تصاویر سنجنده های ماهواره Sentinel-1 در مطالعات راداری به دلیل آنکه کاملاٌ رایگان در اختیار عموم قرار گرفته، توجیه پذیر است و این داده ها می توانند در پایش فرونشست زمین مورد استفاده قرار بگیرند. باید به این مسئله توجه کرد که با توجه به اهمیت موضوع فرونشست زمین در مناطق مختلف مانند مناطق شهری و پیچیدگی های نوع پوشش منطقه، پایش فرونشست زمین خود قابلیت تعریف یک خدمت جداگانه را دارد. از دیگر روش های موثر در نظارت بر منابع آب زیر زمینی، می توان به پایش آبیاری زمین های کشاورزی اشاره کرد. در مطالعات انجام شده، طبقه بندی زمین های کشاورزی آبیاری شده و آبیاری نشده به روش SVM انجام شده است. برای انجام این طبقه بندی از شاخص های NDVI ، NDMI و EVI که از تصاویر ماهوارهLandsat استخراج می شود، درمدل سازی استفاده شده است. در روش دیگر پایش آبیاری زمین های کشاورزی اطراف منابع آب زیر زمینی به کمک تصاویر SAR ماهواره Radarsat-2 انجام شده است. در این تحقیق نیز طبقه بندی زمین به روش SVM انجام شده است. به احتمال زیاد این روش برای طبقه بندی آبیاری زمین های کشاورزی پیرامون منابع زیرزمینی مناسب است. منبع مناسب پایش آبیاری زمین های کشاورزی (تصاویر راداری یا چند طیفی) با توجه به زمان کشت تعیین می شود. پایش منابع آب موجود زیر زمینی با استفاده از نقشه های پوشش اراضی نیز موثر خواهد بود. بر اساس مطالعات انجام شده تغییرات کاربری اراضی به منابع آب زیر زمینی در طولانی مدت، فرصت بازیابی و پر شدن مجدد می دهد، بنابراین طبقه بندی زمین بر اساس نوع پوشش یکی از نقشه های مورد نیاز این خدمت هاست. مناطقی که پتانسیل تجدید منابع آب زیر زمینی را داشته باشند به کمک تکنیک های سنجش از دور و تحلیل های GIS قابل شناسایی هستند. یکی از مزیت های مهم داده های سنجش از دور در تحقیقات هیدرولوژیکی و پایش مستمر منابع آبی، توانایی تولید اطلاعات در بازه های مکانی و زمانی مشخص است. این داده ها در تجزیه و تحلیل ، پیش بینی و اعتبار سنجی، کاربرد فراوانی دارند. به علاوه فناوری های GIS گزینه مناسبی برای مدیریت در کارآمد پایگاه داده های بزرگ و پیچیده است. تاکنون مطالعات متعددی برای تولید این نقشه ها انجام شده است. در گذشته از روش های GIS در تلفیق با روش هایی مانند رگرسیون خطی و لگاریتمی، نرخ فرکانس و سایر روش های آماری برای تولید نقشه های پتانسیل منابع آب زیر زمینی استفاده شده است ولی امروزه توجه محققین بر روی الگوریتم های یادگیری ماشینی است. مطالعات انجام شده در ایران، دقت بالای الگوریتم های یادگیری ماشینی مانند Random forests را تایید کرده است. لایه های مورد نیاز برای مکان یابی منابع آب زیر زمینی شامل لایه سنگ شناسی، ارتفاع، جهت شیب، درجه شیب، منحنی میزان، مدل ارتفاعی رقومی، فاصله از رودخانه، تراکم زهکشی، تراکم گسل و ... است که اغلب به کمک تصاویر ماهواره ای و یا به صورت رایگان قابل دانلود هستند.


دستاوردها و خروجی ها

برخی از مهمترین دستاوردها و خروجی های این خدمت عبارتند از:

  • ارائه نقشه های پایش منابع آب زیر زمینی مانند نقشه پوشش اراضی، نقشه آبیاری کشاورزی زمین های پیرامون و سایر نقشه های نشان دهنده وضعیت بهره برداری از منابع آبی و یا وضعیت آن
  • ایجاد بستر جمع آوری داده های هیدرولوژیکی در قالب یک خدمت مکانی
  • ارائه نقشه های پتانسیل منابع آب زیرزمینی
  • ارائه نمودارهای آماری و سری های زمانی از وضعیت فعلی و گذشته منابع آب زیرزمینی

بهره برداران و ذینفعان

برخی از بهره برداران و ذینفعان این خدمت عبارتند از:

  • سازمان محیط زیست و کیفیت منابع آب
  • سازمان مدیریت بحران کشور
  • اداراه آب و فاضلاب و حوزه های مرتبط
  • وزارت نیرو و سازمان های وابسته
  • وزارت مسکن و شهرسازی و سازمان های وابسته
  • وزارت جهاد کشاورزی
  • دانشگاه ها و دانشجوهایی که در حوزه مدیریت آب فعالیت می کنند.
  • شرکت های خصوصی و مهندسین مشاور عمرانی

نمونه محصول

در شکل 1، میزان جابجایی سطح آب های زیر زمینی با استفاده از داده های ماهواره GRACE نشان داده شده است. دامنه رنگ آبی به قرمز نشان دهنده نوسانات بیشتر سطح آب های زیر زمینی در بازه 4 ساله مورد بررسی می باشد.


میزان جابجایی سطح آب های زیر زمینی با استفاده از داده های ماهواره GRACE

شکل 1: میزان جابجایی سطح آب های زیر زمینی با استفاده از داده های ماهواره GRACE


آدرس کوتاه شده: