transition algorithm
در نشریات گروه آبخیزداری، بیابان، محیط زیست، مرتع-
مقدمه
سیل یک خطر طبیعی قابل توجه است که هرساله، میلیون ها نفر را در سراسر جهان تحت تاثیر قرار می دهد و خسارات زیادی به اموال، زیرساخت ها و بوم سازگان های مختلف وارد می کند. بررسی تغییرات مناطق سیلابی برای درک و کاهش این اثرات بسیار مهم است. تحقیقات علمی نشان می دهد که دشت های سیلابی تحت تاثیر عوامل مختلفی از جمله تغییرات آب و هوا، شهرنشینی و شیوه های مدیریت رودخانه است. تغییرات آب و هوایی، به ویژه در سال های اخیر، منجر به افزایش شدت بارش های رگباری شده است که به نوبه خود پهنه های سیلگیر را گسترش و خطر سیل را افزایش می دهد. شهرنشینی و توسعه مناطق مسکونی نیز با افزایش رواناب سطحی و کاهش مناطق نفوذ طبیعی آب، حجم و دبی حداکثر سیلاب را تشدید می کند. اولین قدم جهت مدیریت بهینه سیلاب شناسایی مناطق سیلگیر، تهیه نقشه محدوده سیل گیر و پایش تغییرات سطوح آن در طی زمان است. تهیه نقشه پهنه های سیل گیر پس از واقعه و پایش مستمر وقایع سیلابی، معمولا سخت و استفاده از تصاویر ماهواره ای یکی از مهم ترین انتخاب واقع بینانه برای این موضوع است. از سوی دیگر تحولات اخیر در پایش سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره ای نیز، پتانسیل پایش سیلاب را در جهان به صورت چشمگیری افزایش داده است. تصاویر ماهواره ای و فناوری های سنجش از دور، به ویژه از طریق پلتفرم هایی مانند گوگل ارث انجین، داده های ارزشمندی را برای تجزیه و تحلیل تغییرات زمانی و مکانی در مناطق سیلگیر ارائه می کنند.
مواد و روشها:
در تحقیق حاضر به پایش وقایع سیلابی به وقوع پیوسته با دبی حداکثر لحظه ای در ایستگاه هیدرومتری سد کهک پرداخته شد. هامون های سیستان، به ویژه در سال های اخیر، تنها از طریق آب ورودی از رودخانه های افغانستان به ایران در مواقع سیلابی آبگیری شده اند. لذا پایش سطح آبگیر هامون های سیستان در وقایع سیلابی و سطوح سیلگیر دشت سیستان در طی زمان، با استفاده از سری زمانی تصاویر ماهواره ای (در بازه زمانی 1984 تا 2021) انجام شد. برای این منظور از تصاویر ماهواره ای لندست (شاخص NDVI ، الگوریتم های شناسایی پهنه های آبی انتقال و فصلی) در محیط سامانه گوگل ارث انجین استفاده شد. بدین منظور در اولین گام، تاریخ های وقوع سیلاب، در ایستگاه هیدرومتری سد کهک واقع بر رودخانه سیستان در محل ورودی از رودخانه هیرمند به ایران در بازه زمانی 1984 تا 2021 استخراج شد. سپس در چند تاریخ شامل قبل از وقوع سیلاب، اولین تاریخ وجود تصویر بعد از وقوع سیلاب و همچنین بعد از اتمام آبگیری (بر اساس هیدروگراف روزانه ایستگاه سد کهک) تصاویر ماهواره ای لندست دانلود شد. سپس به منظور پردازش و استخراج اطلاعات از تصاویر، ابتدا به پیش پردازش و در نهایت شناسایی پهنه های آبگیر هامون های سیستان در وقایع سیلابی با استفاده از شاخص NDVI و با استفاده از باندهای مادون قرمزو قرمز پرداخته شد. هم چنین با استفاده از الگوریتم های GSWE، توزیع زمانی و مکانی سطوح آب در مقیاس جهانی و در طول سه دهه گذشته پایش شد.
نتایج و بحث:
با استفاده از تاریخ های وقوع سیلاب در ایستگاه هیدرومتری پایاب سد کهک واقع بر رودخانه سیستان (در محل ورودی از رودخانه هیرمند به ایران)، در سه مقطع زمانی شامل، قبل از وقوع سیلاب، اولین تاریخ وجود تصویر ماهواره ای بعد از وقوع سیلاب و بعد از اتمام آبگیری (بر اساس هیدروگراف روزانه ایستگاه سد کهک)، تصاویر ماهواره ای لندست دانلود شد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که در سال آبی 1368-1367 دبی حدکثر لحظه ای، معادل 83/901 مترمکعب بر ثانیه بوده که در تاریخ 18/01/1368 به وقوع پیوسته است. پایش تصاویر ماهواره ای لندست در سه مقطع زمانی قبل، حین و پس از وقوع سیلاب، نشان می دهد که با ورود جریان سیلابی از رودخانه هیرمند به ایران پهنه آبگیر تالاب های هامون افزایش یافته و مساحت پهنه آبگیر هامون های سیستان بعد واقعه سیلابی و در تاریخ 18/01/1368، برابر با 4/2614 کیلومترمربع بوده است.در سال های آبی 1370-1369 و 1395-1394 نیز، دبی حدکثر لحظه ای به ترتیب معادل 1178 و 6/624 مترمکعب بر ثانیه بوده که در تاریخ های 14/02/ 1369 و 22 /01/1395 به وقوع پیوسته است. استخراج پهنه های آبگیر تالاب های سیستان با استفاده از شاخص NDVI از تصاویر ماهواره ای لندست، نشان می دهد که در این دو واقعه سیلابی حداکثر پهنه آبگیر تالاب های هامون حاصل از جریان سیلابی و پس از ورود سیلاب بوده است که به ترتیب مساحتی برابر با 6/4477 و 8/1319 کیلومترمربع بوده است.
نتیجه گیریمطالعه سه واقعه سیلابی سالانه حداکثری در دشت سیستان، نشان داد که آبگیری هامون ه ای سیستان کاملا متاثر از وقوع سیلاب است. مقایسه گام به گام نقاط شروع تا انتهای هیدروگراف سیلاب با پهنه های سیلابی مستخرج از تصاویر ماهواره ای در همان گام های زمانی، نشان دهنده تطابق کامل سطح پهنه آبگیر با اندازه دبی سیلابی است. همچنین مطالعه تغییرات پهنه های آبگیر هامون های سیستان با استفاده از لایه GSWE، به خوبی تغییرات رخ داده در این پهنه ها را در بازه زمانی 1984 تا 2020 نشان می دهند. لذا نتایج بدست آمده از مطالعه آبگیری هامون های سیستان با استفاده از نقشه های GSW نشان داد که سطح آبگیر هامون ها در بازه زمانی بلند مدت، کاهش شدیدی را نشان می دهد بطوریکه تغییرات رخ داده به گونه ای بوده که در سال 2020 نسبت به 1984، بیش از 74 درصد از مساحت هامون های سیستان به صورت فصلی آبگیری می شود.همچنین از نظر مطالعه وضعیت آبگیری ماهانه بر اساس پایش پهنه های آبگیر متوسط بلند مدت نیز، نتایج نشان داد که تنها بخش کوچکی از دشت سیستان (حدود 11 هزار هکتار) بطور متوسط در تمام مدت سال آب دار است که این مساحت نیز متعلق به چاه نیمه هاست و حدود 5/0 درصد از مساحت منطقه مورد مطالعه را در بر می گیرد. همچنین بیش از دو میلیون هکتار از سطح منطقه مورد مطالعه، به طور متوسط تنها در یک ماه از سال آب دار بوده که معادل 4/88 درصد از مساحت کل منطقه مورد مطالعه (هامون های سیستان، رودخانه های مشرف به آن و چاه نیمه ها) را شامل می شود.
کلید واژگان: هیدروگراف سیلاب، الگوریتم Transition، الگوریتم Seasonality، دشت سیستانIranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, Volume:18 Issue: 67, 2025, PP 16 -30IntroductionFlooding is a significant natural hazard that affects millions of people around the world every year and causes extensive damage to property, infrastructure, and ecosystems. Investigating changes in floodplains is very important to understand and reduce these effects. Scientific research reveals that floodplains are affected by various factors, including climate change, urbanization, and river management practices. Notably, recent climate shifts have intensified torrential rains, expanding flood zones and elevating flood risk. Concurrently, urban development and residential expansion contribute to increased flood volume and flow by altering surface runoff patterns and reducing natural water infiltration areas. To optimize flood management strategies, the initial step involves identifying flood-prone regions, creating flood area maps, and monitoring changes over time. While post-event flood zone mapping and continuous monitoring pose challenges, satellite imagery remains the most practical solution. Advances in earth surface monitoring using satellite technology have significantly enhanced global flood monitoring capabilities. Leveraging satellite imagery and remote sensing technologies, platforms like Google Earth Engine provide valuable data for analyzing temporal and spatial variations in flood-prone areas.
Materials and methodsIn the current research, we discuss the continuous monitoring of flood events in relation to the instantaneous maximum flow at the hydrometric station of the Kohak Dam. The Hamuns of Sistan, especially in recent years, have relied solely on water inflow from Afghan rivers during floods. Consequently, we conducted monitoring of the water area of the Hamuns of Sistan during flood events and tracked the water area of the Sistan plain over time using a time series of satellite images spanning from 1984 to 2021. For this purpose, we utilized Landsat satellite images (employing the NDVI index, transition algorithms, and seasonality blue zone identification algorithms) within the Google Earth Engine environment. The initial step involved extracting flood dates from the hydrometric station at Kohak Dam, located on the Sistan River at the entrance of the Hirmand River to Iran. Subsequently, we downloaded Landsat satellite images for various dates, including pre-flood, the first image after the flood, and post-water withdrawal (based on the daily hydrograph of the Kohak Dam station). To process and extract information from the images, we performed pre-processing and identified catchment areas of Sistan’s Hamuns during flood events using the NDVI index and infrared and red bands. Additionally, we employed GSWE (Global Surface Water Explorer) algorithms to monitor temporal and spatial water extent distributions globally over the past three decades.
Results and Conclusion :
Using the dates of flood occurrence at the hydrometric station of Kohak Dam located on the Sistan River (at the entrance of the Hirmand River to Iran), we analyzed three distinct time periods: before the flood, the first date of the satellite image after the occurrence, and after the completion of water withdrawal (based on the daily hydrograph of the Kohak Dam station). During these periods, we downloaded Landsat satellite images. The obtained results reveal that in the water year 1988-1989, the maximum instantaneous discharge was equal to 901.83 cubic meters per second, occurring on 1989/04/06. Monitoring Landsat satellite images during the three time periods before, during, and after the flood shows that with the arrival of flood flow from the Hirmand River to Iran, the water area of the Hamun wetlands increased. Specifically, after the flooding event, the water area of the Hamun wetlands in Sistan reached 2614.4 square kilometers. In the water years 1990-1991 and 2015-2016, the instantaneous maximum discharge was equal to 1178 and 624.6 cubic meters per second, respectively, occurring on 1991/06/01 and 2016/04/16. The extraction of water areas of Hamun wetlands using the NDVI index from Landsat satellite images shows that in these two flood events, the maximum water area of the Hamun wetlands resulted from flood flow and subsequent inundation. Specifically, the water area was 4477.6 and 1319.8 square kilometers, respectively.
ConclusionThe study of three maximum annual flood events in the Sistan plain showed that the water intake of Hamun wetlands is completely affected by the occurrence of floods. A step-by-step comparison of the beginning to the end of the flood hydrograph with the flood zones extracted from satellite images in the same time steps, shows the complete matching of the surface of the water zone with the size of the flood discharge. Also, the study of the changes in the water areas of the Hamuns of Sistan using the GSWE layer shows the changes that have occurred in these areas between 1984 and 2020. Therefore, the results obtained from the study of the water zones of Hamuns using GSW maps showed that the water area of Hamuns in the long term shows a sharp decrease, so that the changes occurred in such a way that in the year In 2020, compared to 1984, more than 74% of the area of Sistan's Hamuns is drained seasonally. From the point of view of studying the situation of monthly water intake based on the monitoring of long-term average water areas, the results showed that only a small part of the Sistan plain (about 11 thousand hectares) has water on average throughout the year, and this area also belongs to wells. It is half and covers about 0.5% of the studied area. Also, more than 2 million hectares of the surface of the studied area, on average, have water only in 1 month of the year, which is equivalent to 88.4% of the total area of the studied area (includes Hamuns, the rivers adjacent and the wells).
Keywords: Flood Hydrograph, Transition Algorithm, Seasonality Algorithm, Sistan Plain
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.