بررسی رابطه غلظت رسوب معلق ایستگاه‎ های هیدرومتری دوآب مرگ و پل چهر با پوشش گیاهی در مناطق بالادست با استفاده از تصاویر Sentinel-2 MSI

فرسایش خاک و رسوب دهی در زمره مهم ترین معضلات و چالش های زیست محیطی حوزه های آبخیز محسوب می شود. بار رسوب رودخانه مشکلات زیادی از جمله رسوب گذاری در مخازن سدها، تغییر مسیر رودخانه ها به دلیل رسوبگذاری در بستر آن ها، کاهش ظرفیت آبگذری آبراهه ها و تاسیسات انتقال آب و تغییر کیفیت آب به لحاظ مصارف شرب و کشاورزی به وجود می آورد رسوبات معلق در آب رودخانه ها مورد توجه دانشمندان، محققان و مدیران منابع آب هستند زیرا می توان از آن برای بررسی رسوب، فرسایش و اثرات بالقوه بر فرآیندهای بیولوژیکی استفاده کرد. بنابراین، بررسی و ارزیابی غلظت رسوب معلق در تعیین کیفیت آب و عملکردهای هیدرولوژیکی ضروری است. در این راستا استفاده از تکنیک های دقیق، گسترده و مقرون به صرفه، مانند سنجش از دور، جهت بهبود برآورد رسوب و در نتیجه بررسی کیفیت آب، ارزش زیادی دارد شناخت روابط مکانی پوشش گیاهی بالادست با رسوب دهی حوضه ها جهت کنترل و مدیریت بهینه منابع آب و خاک ضروری است. پژوهش حاضر با هدف تعیین روابط بین پوشش گیاهی با غلظت رسوب معلق در دو حوزه آبخیز دوآب مرگ و گاماسیاب انجام گرفت.

در این پژوهش در مرحله اول داده های ماهواره ای سنتینل-2 مورد بررسی قرار گرفت و در صورت وجود شرایط ابری، ریزگردها یا سایر اشکالات رادیومتریک از محاسبات خارج گردید. در ادامه برای انتخاب پیکسل مناسب تصویر (جهت اخذ انعکاس طیفی آب)، عواملی نظیر نوع باند (باندهای مرئی و مادون قرمز)، عرض رودخانه (بالاتر از پیکسل تصویر- 40 متر در ایستگاه دوآب و 80 متر در ایستگاه پل چهر) و قدرت تفکیک مکانی سنجنده (10 و 20 متر) مد نظر قرار گرفته و پیکسل مربوط به ایستگاه هیدرومتری و اطراف آن انتخاب و انعکاس طیفی استخراج شد. سپس به منظور بررسی همبستگی میان بازتاب طیفی باندهای تصاویر سنتینل-2 و غلظت رسوب از آمار غلظت رسوبات معلق ایستگاه دوآب مرگ واقع در رودخانه قره سو و ایستگاه پل چهر واقع در رودخانه گاماسیاب در دوره پنج ساله (2016 تا 2020) همزمان با آن ها استفاده شد. در ادامه شاخص تفاضل پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) برای دو فصل اردیبهشت و خرداد با استفاده از تصاویر سنتینل-2 استخراج شد و رابطه پوشش گیاهی و غلظت رسوب معلق ثبت شده در ایستگاه و استخراج شده از تصاویر به صورت مجزا برآورد شد.

نتایج تحلیل همبستگی غلظت رسوب معلق نشان داد که بهترین نتیجه برای ایستگاه دوآب مربوط به باند 4 (R2=0.86) و برای ایستگاه پل چهر مربوط به باند 5 (R2=0.83) بود. نتایج به دست آمده نشان داد که غلظت رسوب معلق در ایستگاه دوآب مرگ 0/17 تا 76/45 و در ایستگاه پل چهر از 0/44 تا 118/86 میلی گرم بر لیتر متغیر بوده است. هم چنین مشخص شد که در ایستگاه دوآب مرگ در حالت توانی بین داده های مشاهداتی (ثبت شده در ایستگاه) و داده های مستخرج شده از تصاویر دارای بیشترین ضریب همبستگی می باشد. و در ایستگاه پل چهر در دو حالت چندجمله ای و حالت نمایی دارای ضریب همبستگی بالایی بود. بهترین مقادیر ضریب تبیین (R2) شاخص تفاضل پوشش گیاهی نرمال شده برای دو ایستگاه دوآب و پل چهر به‎ترتیب 0/98 و 0/64 بدست آمد که نشان دهنده این است که با افزایش پوشش گیاهی مقادیر رسوب کاهش می یابد. میانگین مقادیر متوسط شاخص گیاهی برای حوزه آبخیز مرگ برابر با 0/35 است و برای حوزه آبخیز گاماسیاب برابر 0/28 بدست آمد که نشان از پوشش گیاهی نسبتا تنک منطقه دارد. کمترین مقدار میانگین پوشش گیاهی در فصل مورد بررسی (بهار) در حوزه آبخیز مرگ خرداد ماه برابر 0/11 و برای حوزه آبخیز گاماسیاب اواخر اردیبهشت ماه برابر 0/21 بدست آمد. همانطور که نتایج آزمون رگرسیون نشان داد که رابطه قوی و معناداری بین تراکم پوشش گیاهی و میزان غلظت رسوب معلق ثبت شده در ایستگاه های هیدرومتری دو حوضه وجود دارد.

نتایج نشان داد که 6 مدل برای منطقه مورد مطالعه استخراج شد که دارای ضرایب تعیین و مقادیر خطای قابل قبول و مناسب بودند. از میان مدل های بدست آمده مشخص شد که در حالت تک باند نتایج بهتری بدست آمد نسبت به حالتی که نسبت باندی مورد استفاده قرار گرفته شد. بیشترین همبستگی در ایستگاه دوآب مرگ مربوط به باند های B2، B3،B4 و B5 بوده است و برای ایستگاه پل چهر B4 و B5 می باشد. بالاترین ضریب تعیین بدست آمده برای دو ایستگاه به‎ترتیب 0/86 و 0/83در حالت نمایی بوده است. نتایج این مطالعه نشان داد که سنتینل-2 می تواند به عنوان ابزار مناسبی برای تخمین غلظت رسوب معلق با دقت قابل قبولی در حوضه های کوچک مقیاس و شرایط سیلاب استفاده شود که در تعدادی از مطالعات مشابه تایید شده است وجود رابطه معکوس و نزدیک بین متوسط شاخص گیاهی NDVI با رسوب اشاره به تاثیر مثبت پوشش گیاهی بر حفاظت خاک و کاهش تولید و انتقال رسوب در داخل حوزه های آبخیز دارد. در کل، نتایج نشان داد که پوشش گیاهی به طرز موثری در کمیت و کیفیت تغییرات مکانی میزان رسوب دهی حوضه ها موثر افتاده و شاخص گیاهی NDVI به عنوان نماینده پوشش گیاهی به طرز موفقیت آمیزی برای ایجاد یک مدل آماری از تغییرات میزان رسوب دهی می تواند مورد استفاده واقع شود، و احیا پوشش گیاهی در برنامه های توسعه ای قرار گیرد.