رودخانهها و دریاچهها بخش مهمی از چرخه هیدرولوژیکی آب را تشکیل داده و یک منبع مهم برای زندگی بر روی زمین هستند. تولید محصولات کشاورزی و توسعه اقتصادی و صنعتی کشورها وابسته به منابع آبی هر کشور و مدیریت درست آن است. نقشه برداری سطوح آبی با استفاده از تصاویر ماهواره ای رزولوشن بالا و سنجش از دور، نقش مهمی در نظارت بر تالابها، ارزیابی سیل، برآورد سطح آب منطقه و مدیریت منابع آبی دارد. با استفاده از تصاویر ماهواره ای و سنجش از دور میتوان منابع آبی را از نظر کیفی و کمی مورد بررسی قرار داد.
استفاده از روشهای سنتی و اطلاعات زمینی برای پایش و ارزیابی منابع آبی سطح زمین بسیار وقتگیر و هزینهبر بوده و در اغلب موارد برآورد ضعیفی از مقدار آب موجود در منطقه را به دست میدهد. استفاده از تصاویر ماهواره ای رزولوشن بالا و فناوری سنجش از دور با توجه به کاهش زمان، هزینه، انجام محاسبات گوناگون و تکرارپذیری در فصول و زمانهای مختلف بسیار بهصرفه و معقول است. برای مثال انواع مختلف آب در تصاویر RGB به صورت بصری قابل شناسایی است، اما اطلاعات باندهای طیفی در تصاویر ماهواره ای برای بازیابی پارامترهای کیفی آب ضروری هستند. به دست آوردن ضریب برگشت پذیری رسوبات معلق و ضریب جذب مواد رنگی آلی محلول آبی از این باندها، تولید مدلهای بهتر از طیف بازتابی را برای بررسی کیفیت آب ممکن میسازد.
سنسورهای ماهواره ای برای مطالعه آبها و اقیانوسها مانند SeaWiFS و MODIS برای بازیابی پارامترهای کیفی آب کارا هستند. با این حال، چنین سنسورهایی معمولا دارای رزولوشن پایین در حدود 1 کیلومتر هستند که جهت پایش آلودگی آبهای داخل خشکیها(دریاچهها) و آبهای ساحلی مناسب نیستند و از سوی دیگر اکثر فعالیتهای اقتصادی در طول مناطق ساحلی متمرکز شده و از این رو مهم است که با استفاده از سنسورهای ماهواره ای با رزولوشن بالا کیفیت آبهای ساحلی و داخلی را کنترل و نظارت کرد. طول موج های موثر در تصاویر ماهواره ای چند طیفی در جدول زیر نشان داده شده است.
|
باند |
طول موج(نانومتر) |
|
باند ۱ (ساحلی) |
۴۲۹٫۳ |
|
باند ۲ (آبی) |
۴۷۸٫۸ |
|
باند ۳ (سبز) |
۵۴۷٫۵ |
|
باند ۴ (زرد) |
۶۰۷٫۸ |
|
باند 5 (قرمز) |
658/5 |
|
باند 6 (لبه قرمز) |
723/5 |
|
باند ۷ (مادون قرمز نزدیک ۱) |
۸۲۵٫۰ |
|
باند ۸ (مادون قرمز نزدیک ۲) |
۹۱۹٫۴ |
تصاویر ماهواره ای رزولوشن بالا مانند Worldview-2 و IKONOS در زمینه نقشه برداری و تجزیه و تحلیل منابع زمینی و آبی در مقیاسهای مختلف سه کاربرد اصلی دارند:
- طبقه بندی وضوح آب دریاچه
- نقشه برداری سطوح غیر قابل نفوذ شهری
- بررسی گیاهان آبزی
نظارت بر منابع آب با استفاده از تصاویر رزولوشن بالا
(Lake water clarity classification)
دریاچهها از مهمترین منابع تفریحی و زیباییشناختی هستند که به طور مستقیم بر ثبات اقتصادی و کیفیت زندگی ساکنان مناطق اطراف دریاچهها تاثیر میگذارند. حفاظت و نظارت بر کیفیت آب دریاچه، نگرانی عمده بسیاری از سازمانهای محلی و دولتی است. با این حال، به دلیل هزینهبر و وقتگیر بودن نظارت زمینی، حتی نظارت بر بیش از یک بخش کوچک از دریاچهها با استفاده از روشهای معمولی نظارت زمینی، ناممکن است. ماهواره های سنجش از دوری با رزولوشن بالا یکی دیگر از ابزار بالقوه برای جمعآوری اطلاعات مورد نیاز در ارزیابی شفافیت آب هستند.
سه متغیر رایج کیفیت آب که نشاندهنده وضعیت دریاچه هستند، عبارتند از فسفر (TP)، کلروفیل(chla) و (SDT- Secchi Disk Transparency). SDT شاخصی است که به شدت با پاسخ در باندهای آبی و قرمز ارتباط دارد و میزان کدری جلبکها با سطح کلروفیل در ارتباط است. محققان با استفاده از تصاویر ماهواره ای رزولوشن بالا برای برآورد شفافیت آب دریاچهها به روابط قوی میان هر دو مجموعه داده شفافیت آب(مشتق شده از TM و مشتق شده از SDT) و واکنش طیفی-رادیومتریکی این تصاویر پیبردهاند. وجود این رابطه قوی نشان میدهد که تصاویر ماهواره ای رزولوشن بالا را میتوان جهت ارزیابی شفافیت آب دریاچهها و برکهها مورد استفاده قرار داد.
داده های ماهواره ای برای تجزیه و تحلیل کاربری اراضی شهری و ویژگیهای پوشش زمین مفید هستند. ارزیابی بصری چگونگی تاثیر کاربری و پوشش زمین بر شفافیت آب را می توان توسط همپوشانی دریاچه های طبقه بندی شده در تصاویر ماهواره ای مورد بررسی قرار داد. شکل زیر برخی از ویژگی های مختلف کاربری و پوشش زمین و اثرات مربوطه آن در شفافیت آب را نشان میدهد. به عنوان مثال، در گوشه جنوب شرقی ایگن، یک منطقه با مناطق جنگلی و تالابهای فراوان با توسعه محدود در قالب پارکینگ و خانههای تابستانی برای بازدیدکنندگان پارک وجود دارد. این منطقه دارای دریاچه هایی با شفافیت نسبتا بالای آب است. این شکل اطلاعات سودمندی از تصاویر ماهواره ای برای ارزیابی شفافیت آب در مقیاس شهری را نشان میدهد. این نوع از اطلاعات را میتوان در برنامه ریزی شهری و مدیریت موثر دریاچه ها برای کمک به نظارت و حفاظت از شفافیت آب در مقیاس محلی به کار برد.
نظارت بر منابع آب با استفاده از تصاویر رزولوشن بالا
(Impervious surface mapping)
سطوح غیر قابل نفوذ، و یا مناطق غیر قابل نفوذ توسط آب، تاثیر منفی روی محیط زیست طبیعی دارد. این محیطهای ساخته شده – از جمله جادهها، پشتبامها، پیادهروها و پارکینگها – باعث افزایش میزان رواناب، و در نهایت حمل آلایندههای سطوح شهری به دریاچهها و برکهها میشود. بدین ترتیب، سطوح غیر قابل نفوذ کیفیت آب را تهدید میکنند. همچنین سطوح غیر قابل نفوذ به تعادل انرژی، اثرات گرمایی شهری، تقسیمبندی زیستگاه و فقر زیباییشناسی چشماندازها نیز اثرگذار است. برای نظارت بر این تأثیرات، مدیران منابع، درجه، میزان و توزیع مکانی این مناطق را با استفاده از روشهای مختلف شامل نقشه برداری زمینی، تفسیر تصاویر هوایی و سنجش از دور تعیین میکنند.
تصاویر ماهواره ای به عنوان یک رویکرد با توانایی برآورد درصد پوشش این مناطق غیر قابل نفوذ در مناطق شهری به طور موثر ظاهر شدهاند. تحقیقات قبلی با استفاده از لندست نشان میدهد که رابطه قوی بین پاسخ طیفی و رادیومتریکی و درصد نواحی غیر قابل نفوذ که از اندازهگیری تصاویر اورتو محاسبه شده، وجود دارد. نتایج حاصل از تجزیه و تحلیل رگرسیون نشان داد که ارتباط بسیار قوی بین NDVI و درصد سطوح غیر قابل نفوذ وجود دارد. شکل زیر نقشهای از تمام سطوح غیر قابل نفوذ شهری حاصل از تصاویر ماهواره های رزولوشن بالا را نمایش میدهد.
بررسی گیاهان آبزی
(Aquatic Vegetation Surveys)
در حالی که به دریاچهها به عنوان مکانهای دارای ارزش تفریحی و زیباییشناختی نگریسته میشود، عموما به تالابها به عنوان مناطقی که مایه بروز مشکلات زیست محیطی که نیاز به کنترل و گند زدایی دارند، نگریسته میشود. یکی از علل عمده تخریب تالاب افزایش تخلیه آب باران ناشی از تغییراتی مانند افزایش در سطوح غیر قابل نفوذ شهری و یا نصب و راه اندازی سیستم های آبیاری بارانی در مناطق شهری و برون شهری، و همچنین سنگ فرش کردن و سیستم های فرار سیلاب در مناطق کشاورزی، که در نتیجه تاثیر عوامل فوق تغییراتی در هیدرولوژی و کیفیت و کمیت آب رخ می دهد. این تحولات به شدت عملکرد تالاب ها را تحت تاثیر قرار می دهد، و به دنبال آن گیاهان تالاب ها حذف و یا تحت فشار قرار می گیرد. حذف یا تحت فشار قرار گرفتن گونه های گیاهی تالابی بر کیفیت آب، حیات وحش، و جمعیت ماهی ها تاثیر مستقیم می گذارد. گونه های گیاهی تالابی به محافظت از کیفیت آب، ارائه زیستگاه برای ماهی ها و حیات وحش، و ارائه فرصت های اقتصادی و زیبایی شناختی در محدوده تالاب کمک میکنند.
گیاهان آبزی دریاچه ها و تالاب ها به عنوان ویژگی های مهم اکوسیستم، نیاز به حمایت و مطالعه دارند. به عنوان یک نتیجه از شناخت گیاهان آبزی درمحیط تالاب ها و دریاچه ها،نقشه برداری گیاهان آبزی و ارزیابی آن ها در حال تبدیل شدن به روالی عادی از تلاش ها و نظارت های انجام شده توسط مشاوران، گروه های شهروندی و سازمان های دولتی و محلی شده است. تنوع و فراوانی گیاهان آبزی ، بعنوان یکی از شاخص های مهم سلامت دریاچه یا تالاب است. از آنجا که نقشه برداری زمینی نیاز به وقت و منابع انسانی دارد، تنها بخش کوچکی از تالاب ها و دریاچه ها توسط سازمان های منابع طبیعی نقشه برداری شده است و داده ها و نقشه های دقیق به سختی به دست می آیند.
