طراحی مدلهای تراز–سطح برای دریاچه ارومیه با استفاده از مشاهدات زمینی و فضایی

صادقی, وحید; اعتمادفرد, حسین; نعیمی, یونس

doi:10.22034/iwrj.2021.11173

طراحی مدلهای تراز–سطح برای دریاچه ارومیه با استفاده از مشاهدات زمینی و فضایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

وحید صادقی ¹

حسین اعتمادفرد ²

یونس نعیمی ³

¹ استادیار گروه مهندسی نقشه برداری- دانشکده مهندسی عمران- دانشگاه تبریز

² استادیار گرایش GIS گروه مهندسی عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

³ عضو هیات علمی گروه مهندسی نقشه برداری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد بناب

https://doi.org/10.22034/iwrj.2021.11173

چکیده

امروزه به لطف داده‌های سنجش از دور ماهواره‌ای، مشاهدات فضایی برای نظارت و پایش دقیق و مداوم سطح و تراز دریاچه ارومیه فراهم شده است. با این وجود، هنوز مدل مناسبی جهت تعیین ارتباط بین مساحت و تراز دریاچه ارومیه که یک فاکتور مهم در تجزیه و تحلیل‌های مختلف هیدرولوژیکی و زیست محیطی است، پیشنهاد نشده است. هدف مقاله حاضر، استخراج خصوصیات تراز-سطح دریاچه ارومیه با استفاده از داده‌های سنجش از دور (فضایی)، مشاهدات زمینی و مدل‌های تحلیلی است. معادلات تراز-سطح دریاچه با استفاده از داده‌های تراز ایستگاه زمینی و داده‌های سطح مستخرج از تصاویر ماهواره‌ای همزمان آنها تعیین شده است. در تحقیق حاضر 6 مدل پیشنهادی شامل توابع پایه چندجمله‌ای، نمایی، فوریه، گوسین، کسری (گویا) و شبکه عصبی به همراه مدلهای موجود، شامل؛ آب منطقه‌ای آذربایجان‌ غربی و مدل دانشگاه سهند با استفاده از داده‌های تعلیمی آموزش دیده و با استفاده از داده‌های اعتبارسنجی مورد ارزیابی قرار گرفته است. با مقایسه معیارهای ارزیابی RMSE، MAE، MAPE و NSE، مشخص گردید که تابع کسری به عنوان بهترین مدل پیشنهادی تراز-سطح دریاچه ارومیه، قادر است تنها با خطای RMSE=57.8 کیلومترمربع و با NSE=0.9958، مساحت دریاچه ارومیه را برآورد نماید. با لحاظ معیار RMSE، مشخص می‌شود که مدل تابع کسری پیشنهادی خطای تخمین سطح دریاچه را نسبت به بهترین مدل پیشین حدود 5 برابر کاهش داده است. با توجه به اندازه‌گیری روزانه تراز دریاچه در ایستگاه زمینی، مدل پیشنهادی تراز-سطح، می‌تواند مساحت روزانه دریاچه را بدون نیاز به مشاهدات فضایی (تصاویر ماهواره‌ای) برآورد ‌نماید.

کلیدواژه‌ها

تخمین مساحت

سنجش از دور

رگرسیون

تابع کسری

شبکه عصبی

موضوعات

هیدرولوژی

دسترنج ح. ر. توکلی ف. و سلطان‌پور ع. 1397. بررسی تغییرات سطحی و حجمی آب دریاچة ارومیه با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و ارتفاع‌سنجی ماهواره‌ای. فصلنامة علمی-پژوهشی اطلاعات جغرافیایی سپهر. 27(107): 149-163.
آذرافزا م. و مختاری م. ح. 1392. ارزیابی تغییرات شوری آب دریاچة ارومیه در اثر خشکسالی با استفاده از سنجش‌ازدور. فصلنامة علمی-پژوهشی خشک بوم. 3(2): 1-14.
Abbaspour M. and A Nazaridoust. 2007. Determination of environmental water requirements of Lake Urmia, Iran: an ecological approach. International Journal of Environmental Studies. 64(2): 161-169.
AghaKouchaka A. Norouzi H. Madani K. Mirchi A. Azarderakhsh M. Nazemi A. Nasrollahi N. Farahmand A. Mehran A. and Hasanzadeh E. 2015. Aral Sea syndrome desiccates Lake Urmia: call for action. Journal of Great Lakes Research. 41(1): 307-311.
Ahmadi J. Kahforoushan D. Fatehifar E. Zoroufchi Benis K. and Nadjafi M. 2015. Forecasting Surface Area Fluctuations of Urmia Lake by Image Processing Technique. Journal of Applied Research in Water and Wastewater. 2(2): 183-187.
Cook A. G. Weinstein and Centeno J.A. 2005. Health effects of natural dust. Biological Trace Element Research. 103(1): 1-15.
Crétaux J. F. Arsen Calmant S. Kouraev A. Vuglinski V. Bergé-Nguyen M. Gennero M.C. Nino F. Abarca Del Rio R. Cazenave A. and Maisongrande P. 2011. SOLS: A lake database to monitor in the Near Real Time water level and storage variations from remote sensing data. Advances in space research. 47 (9): 1497-1507.
Delavar M. A. Naderi A. Ghorbani Y. Mehrpouyan A. and Bakhshi A. 2020. Soil salinity mapping by remote sensing south of Urmia Lake, Iran. Geoderma Regional. 22: e00317.
jamali M. de Beaulieu J.L Shah-hosseini M. Andrieu-Ponel V. Ponel P. Amini A. Akhani H. Leroy S. Stevens L. Lahijani H. and Brewer S. 2008. A late Pleistocene long pollen record from Lake Urmia, NW Iran. Quaternary Research. 69(3): 413-420.
Eimanifar A. and Mohebbi F. 2007. Urmia Lake (northwest Iran): a brief review. Saline systems,. 3(1): 1-8.
Farahmand N. and Sadeghi V. 2020. Estimating Soil Salinity in the Dried Lake Bed of Urmia Lake Using Optical Sentinel-2 Images and Nonlinear Regression Models. Journal of the Indian Society of Remote Sensing. 48(4): 1-13.
Ghaheri M. Baghal-Vayjooee M.H. and Naziri J. 1999. Lake Urmia, Iran: a summary review. International Journal of Salt Lake Research. 8(1): 19-22.
Hassanzadeh E. Zarghami M. and Hassanzadeh Y. 2012. Determining the main factors in declining the Urmia Lake level by using system dynamics modeling. Water Resources Management. 26(1): 129-145.
Jaafari S. Danehkar A. and Alizadeh Shabani A. 2013. Investigation of coastline change of the Urmia Lake using remote sensing and GIS (1990-2012), International Journal of Aquatic Biology. 1(5): 215-220.
Kim P. 2017. Matlab deep learning with machine learning, neural networks and artificial intelligence. Apress, New York.
Merufinia E. Aram A. and Esmaeili F. 2014. Saving the Lake Urmia: from slogan to reality (challenges and solutions). Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences. 3(3): 277-288.
Nash J.E. Sutcliffe J.V. 1970. River flow forecasting through conceptual models part I- A discussion of principles, Journal of hydrology. 10 (3): 282-290.
Mohammadi A. Shahabi H. Shirzadi A. Al-Ansari N. Ahmad B.B. Chen W. Khodadadi M. Ahmadi M. Khosravi K. Jaafari A. and Nguyen H. 2020. Monitoring and assessment of water level fluctuations of the lake urmia and its environmental consequences using multitemporal landsat 7 etm+ images. International journal of environmental research and public health. 17(12): 4210.
Pengra B. The drying of Iran’s Lake Urmia and its environmental consequences. UNEP-GRID, Sioux Falls, UNEP Global Environmental Alert Service (GEAS).
Sima S. and Tajrishy M. 2013. Using satellite data to extract volume–area–elevation relationships for Urmia Lake, Iran. Journal of Great lakes research. 39(1): 90-99.
Tourian M.J. Elmi O. Chen Q. Devaraju B. Roohi Sh. and Sneeuw N. 2015. A spaceborne multisensor approach to monitor the desiccation of Lake Urmia in Iran. Remote Sensing of Environment. 156: 349-360.
Yamaguchi N. Sakotani A. Ichijo T. Kenzaka T. Tani K. Baba T. and Nasu M. 2012. Break down of Asian dust particle on wet surface and their possibilities of cause of respiratory health effects. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 35(7): 1187-1190.
Zeinoddini M. Tofighi M.A. and Vafaee F. 2009. Evaluation of dike-type causeway impacts on the flow and salinity regimes in Urmia Lake, Iran. Journal of Great Lakes Research. 35(1): 13-22.