Astaraki

کاربرد سنجش از دور در پايش منابع آب

چکيده

امروزه سنجش از دور به عنوان يک ابزار بسيار قوي مطرح بوده که جايگاه خاصي در پايش منابع طبيعي بخصوص پايش منابع آب دارا مي باشد. با توجه به اينکه وسعت بسيار زيادي از سطح زمين پوشيده از آب است جهت مطالعات منايع آب، اقدامات ميداني کاري پردردسر و پرهزينه بوده جايگاه خود را به پردازش تصاوير ماهواره اي داده است. اقداماتي نظير بررسي کيفيت آب شامل مطالعات شوري، بررسي مواد معلق و رسوب, بررسي رنگ آب, بررسي وجود فيتوپلانگتونها و جلبکها در آب, ميزان کلروفيل و همچنين مطالعات کمي منابع آب شامل اندازه گيريهاي تغييرات عمق و يا ژرفاسنجي منابع آب از جمله اقداماتي است که مي توان به کمک سنجش از ذور انجام داد. اين مقاله با هدف شناساندن نقش سنجش از دور در مطالعات منابع آب تدوين گرديده است تا راهگشايي باشد در استفاده از اين تکنيک در پايش منابع آب کشور.

مقدمه
بيش از 70% سطح زمين پوشيده از آب است بنابراين پايش و مديريت اين منبع عظيم بسيار مهم مي باشد. يکي از مناسبترين ابزار جهت بررسي و مطالعات منابع آب استفاده ار سنجش از دور است. سنجش از دور علم وسيع و گسترده اي است که در بسياري از زمينه ها کاربرد دارد و در طول سه دهه گذشته نقش و کاربرد آن در زمينه هيدرولوژي رشد بسيار زيادي داشته است. سنجش از دور علم وکسب اطلاعات بدون تماس نزديک با آنهاست. تکنيک سنجش از دور اين امکان را فراهم مي کندکه پايش منابع آب آسان تر و با هزينه کمتر انجام گردد. سنجش از دور متکي بر انرژي بازتابي از پديده هاست . خصوصيات بازتاب انرژي از آب تابع آب و مواد موجود در آب ( مواد آلي و معدني ) است. وجود مواد معلق , خزه ها و جلبکها در آب ,تلاطم آب و تغييرات حرارتي در طول روز بر ميزان بازتاب انرژي از آب موثر است.

فن سنجش از دور بر پردازش , بارزسازي و تجزيه و تحليل داده هاي ماهواره اي استوار است. از جمله داده هاي ماهواره اي که بدين منظور مي تواند مورد استفاده قرار گيرد مي توان به داده هاي حاصل از سنجنده TM وETM+ ماهواره لندست و سنجنده CZCS ماهواره نيمباس 7 و داده هاي ماهواره SPOT وNOAA و.... اشاره کرد.
کاربرد سنجش از دور در پايش منابع آب را مي توان به دو قسمت ارزيابيهاي کمي و کيفي اين منابع تقسيم نمود. در مورد ارزيابي هاي کمي منابع آب مي توان به اندازه گيريهاي تغييرات عمق و يا ژرفاسنجي منابع آب اشاره کرد. و در مورد ارزيابي هاي کيفي به بررسي و اندازه گيري پارامترهاي شيميايي , فيزيکي و بيولوژيکي مانند شوري آب ,مواد معلق و رسوب, رنگ آب, فيتوپلانگتون و جلبکها, کلروفيل و ... اشاره نمود.

تعيين مقدار رسوب و مواد معلق در آب از نظر کارهاي مهندسي اهميت فراواني دارد, مواد معلق به شدت به جريان آب وابسته است و نشان دهنده مقدار حرکت رسوب در رودخانه ها مي باشد . مواد معلق معمولا در طول بارندگي و بلافاصله بعد از وقوع بارندگي افزايش مي يابد و ته نشين شدن آن سبب تخريب محل زندگي گباهان آبزي مي گردد.
مي توان از مواد معلق رسوبي به عنوان رد پايي براي تشخيص آلوده کننده ها نيز استفاده کرد.
رنگ آب نيز بيان کننده اطلاعات کيفي آب مانند توليدات بيولوژيک مي باشد. اين پارامتر کيفي نشان دهنده زندگي يا عدم زندگي موجودات در آب مي باشد. رنگ آب در جاههايي که جلبک پلانگتون موجود باشد بصورت سبز تيره به نمايش در مي آيد.
مطالعه فراواني فيتوپلانگتونها از اين نظر مهم است که اين جلبکها زنجيره اصلي مواد غذايي در اقيانوسها مي باشند بنابراين بررسي رنگ آب به عنوان يک پارامتر کيفي آب بسيار مهم مي باشد.
نتايج حاصل از چندين طرح تحقيقاتي نقش مثبت سنجش از دور را در مطالعات منابع آب تاييد کرده است.

خرم و چشير( 1985 ) , از داده هاي سنجنده MSS ماهواره لندست جهت بررسي کيفيت آب استفاده نموده و براي پارامترهاي کيفي آب مدل ارزيابي ارائه نمودند . بدين منظور از 50 منطقه در خليج سان فرانسيسکو نمونه گيري انجام داده و سپس مدل رگرسيوني بين پارامترهاي کيفيت آب و ميانگين ارزشهاي انعکاسي (radiance ) باندهاي مختلف لندست را بسط دادند و براي هر کدام از پارامترهاي شوري , تيرگي[1] , مواد معلق و کلروفيل مدلي ارائه نمودند. و از اين مدلها براي پيش بيني و تهيه نقشه پارامترهاي کيفي آب استفاده کرد. آنها بيان نمودند که يک همبستگي قوي بين شوري و تيرگي آب وجود دارد بنابراين آب شور معمولا تيرگي بيشتري از آب شيرين دارد. آنها همچنين براي بررسي کلروفيل وتهيه نقشه موضوعي آن , نسبت گيري طيفي را پيشنهاد نمودند, بطوريکه نسبت باند آبي_قرمز(520- 450 ) به مادون قرمز نزذيک ( 1050 – 910) براي غلظت هاي کم کلروفيل و نسبت بين دو باند قرمز(690 – 630 ) به مادون قرمز نزديک(750-690 ) براي غلظت هاي زياد کلروفيل را پيشنهاد دادند.

برگاوا و ماريام (1992 ) , تاثير توام شوري و رسوبات جامد معلق را بر ميزان انعکاس طيفي آب در آزمايشگاه مورد بررسي قرار داده و نتيجه گرفتند که ميزان انعکاس با غلظت مواد معلق رابطه مستقيم و با سطح شوري رابطه عکس دارد. بدين ترتيب که با افزايش شوري و کاهش مواد معلق , انعکاس طيفي کاهش يافته و با کاهش شوري و افزايش مواد معلق , انعکاس طيفي افزايش پيدا مي کند.
سروان و بابان (1993 ) , با استفاده از داده هاي TM ماهواره لندست , پارامترهاي کيفي آب مانند مواد جامد معلق , شوري , فسفر کل و دما را مورد مطالعه قرار داده و با استفاده از داده هاي ميداني رابطه بين باندهاي سنجنده TM و پارامترهاي کيفي آب را مدلسازي کرد. وي از اين مدلها براي پيش بيني و تهيه نقشه پارامترهاي کيفي آب استفاده نمود.
علوي پناه و خدائي (1381 ) , به بررسي شوري و مواد معلق به عنوان دو پارامتر کيفي آب در درياچه اروميه پرداختند. بدين منظور از داده هاي TM ماهواره لندست در دو زمان مختلف استفاده گرديد. آنها بيان نمودند که باند 3 و 6 سنجنده TM براي بررسي توزيع و پراکنش بار معلق و شوري مناسبتر از بقيه باندها هستند.

__________________

تعرفه ارزان تبلیغات در اولین و بزرگترین سایت هوش مصنوعی ایران !
با بیش از صد و چهل هزار کاربر!

Astaraki

ارزيابي کمي منابع آب
به کمک سنجش از دورمي توان تغييرات عمق را در آبهاي کم عمق مانند درياچه ها , استخرها , سواحل درياها و ... اندازه گيري نمود. همانطوريکه ذکر گرديد سنجش از دور متکي بر انرژي بازتابي از پديده هاست بنابراين علت اينکه نمي توان در آبهاي عميق ژرفاسنجي را به کمک سنجش از دور انجام داد اين است که هيچ کدام از طول موجها قادر نيستند تا بيش از 30 متر در آب نفوذ کنند بنابراين بازتاب آبهاي خيلي عميق عملا ناچيز و صفر مي باشد.
انرژي با طول موجهاي بلندتر از 0.7 ميکرومتر به ندرت در آب نفوذ مي کنند و تنها انرژي هاي کمتر از اين مقدار مي تواند در آب نفوذ نمايند;

به طور کلي مي توان اين طور بيان نمود که در اعماق کمترآب طول موجهاي مرئي ميتوانند در آب نفوذ کنند و به ته آب برسند و بازتاب نمايد. مثلا طول موج آبي ( 0.5-0.4 ميکرومتر ) در عمق کمتر از 30 متر به ته آب مي رسد و مقداري بازتاب مي نمايد , اين بازتاب با کاهش عمق بيشتر خواهد شد. در آبهاي با عمق دو يا سه متر يا کمتر , نور قرمز نيز ( 0.7-0.6 ميکرومتر ) به کف آب مي رسد و ميزان بازتاب نور قرمز نيز افزايش مي يابد.

همانطوريکه ذکر گرديد اگر عمق آب زياد باشد انرژي قبل از رسيدن به کف آب جذب مي شود ولي در آبهاي کم عمق قسمتي از انرژي مرئي به کف آب رسيده و باز مي تابد که قسمتي از آن قادر است بدون جذب شدن به سطح آب برسد. نور آبي وسبز براي نفوذ در آب بهتر از نور قرمز عمل مي کنند و مادون قرمز به سختي مي تواند در آب نفوذ کند. بنابر اين با مقايسه بازتاب اين باندها مي توان عمق آب را تعيين کرد. استفاده از داده هاي سنجنده TM وETM+ ماهواره لندست بدين منظور مي توانند مفيد باشند, اگر چه اندازه تفکيک زميني اين سنجنده ها 30 متر است با اين حال به دليل اينکه در طيف گسترده از آبي تا مادون قرمز تصويربرداري را انجام مي دهند جهت انجام ژرفاسنجي آب مي توان از آنها استفاده کرد . بنابراين ژرفاسنجي را مي توان با استفاده از تصوير ترکيب رنگي کاذب بصورت رقومي و تفسير آن و يا با ساختن مدل انتقال نور در آب و بااستفاده از ارزشهاي بازتابي کف دريا انجام داد.

ارزيابي کيفي منابع آب از جمله سنجنده هايي که مي توان در مطالعات آبشناسي وبررسي کيفيت آب مورد استفاده قرار گيرد سنجنده CZCS ماهواره نيمباس 7 است. اين سنجنده مجهز به باندهايي است که مخصوصا براي بررسي سبزينه طراحي شده است. توان تفکيک فضايي باندهاي اين سنجنده نسبتا کم و توان تفکيک طيفي آن بالا مي باشد و ابن بدان دليل است که بتوان رنگ و درجه حرارت آبهاي ساحلي و اقيانوسها را اندازه گيري کرد.منظور از اصطلاح رنگ اقيانوسها خصوصيات انعکاس طيفي آب اقيانوسهاست. اين خصوصيات بسته به مقدار مواد معلق و محلول آلي و غير آلي متفاوت است.

مطالبي که در بخش قبل در مورد ژرفاسنجي ارائه گرديد فقط وقتي امکان دارد که آب دريا شفاف و ذلال باشد . در آبهاي گل آلود که آب حاوي مقدار زيادي ماسه ريز و گل مي باشد نور توسط مواد معلق در آب بازتاب پيدا مي کند. بنابراين خصوصيات طيفي آب با حضور مواد معلق در آب تغيير ميکند. وجود مواد معلق در آب باعث پراکنش انرژي نفوذ يافته به آب مي شود و بازتاب را در نزديکي سطح زياد مي کند بنابراين تعيين عمق آب را غير ممکن مي سازند.

ارزيابي و اندازه گيري مواد معلق در آب معمولا يکي از پارامترهايي است که در بررسي کيفيت آب مد نظر قرار مي گيرند. وجود مواد معلق در آب ميزان بازتاب را در طيف مرئي افزايش مي دهد.

تا قبل از انقلاب صنعتي مشکلي بنام مشکل کيفيت آب وجود نداشت , اما امروزه به دليل عدم مديريت شهري , صنعتي و کشاورزي اکثر منابع آب دچار تخريب کيفيت شده اند . سنجش از دور نقش مهمي را در ارزيابي کيفيت آب و مديريت آن مي تواند ايفا نمايد. منابع آلودگي اغلب به آساني مي توانند بوسيله سنجش از دور تشخيص داده شوند, بخصوص وقتي بوسيله کانالهاي روباز به داخل درياچه يا رودخانه تخليه شوند.
قسمتي از طيف الکترومگنتيک شامل مرئي و مادون قرمز براي بارزسازي شاخص هاي کيفيت مناسب مي باشند. مادون قرمز حرارتي نيز ميتواند براي اندازه گيري کيفيت آب استفاده شود. سنجش از دور حرارتي در طيف 8-14 ميکرومتر بدين منظور مورد استفاده قرار مي گيرد و به اندازه گيري مستقيم انرژي منتشر شده از سطح آب وابسته است.
امواج ميکروويو معمولا براي تعيين شاخص هاي کيفيت آب مناسب نيستند زيرا مقدار کمي از آن مي تواند به داخل آب نفوذ کنند.
به طور کلي جهت بررسي کيفيت آب , رابطه بين پارامترهاي کيفيت آب و تابش طيفي[1] پديده ها بايد ارزيابي شوند.[2]
وجود مواد معلق و رسوبات در آب خصوصيات انعکاسي آب را تغيير مي دهد. شکل 1 نشان مي دهد که چطور غلظت رسوب, انرژي منعکس شده (reflectance energy ) از آب حاوي رسوب را در مقايسه با انرژي منعکس شده از آب شفاف (clear water ) افزايش مي دهد.

شکل 1- تاثير رسوب در انرژي بازتابي از آب

همانطوريکه در اين منحني ديده مي شود منحني پيک با افزايش غلظت رسوبات به سمت طول موجهاي بلندتر مي رود.

براي پي بردن به وضعيت کيفَُُيت آب بايستي رابطه تجربي بين پارامترهاي کيفيت آب و يک يا چند باند طيفي برقرار شود. شاخص هاي کيفيت آب مانند رنگ , کلروفيل , مواد معلق وشوري معمولا به کمک سنجش از دور ارزيابي مي گردند.
سنجش از دور مي تواند در پايش و تخمين ميزان تمرکز خزه ها و جلبکها در درياچه ها و منابع آب[1] استفاده شود. به کمک سنجش از دور مي توان محل تمرکز کلرفيل (chlorophyll-a) را در منابع آب شناسائي و مشاهده نمود.کلروفيل رنگدانه اي است که اجازه مي دهد گياهان نور خورشيد را تبديل به فتوسنتز کنند. بدليل اينکه اندازه گيري بيوماس حقيقي جلبکها و خزه ها در آب بسيار مشکل است , اندازه گيري ميزان کلروفيل مي تواند نشان دهنده ميزان بيوماس جلبکها در آب قلمداد گردد. افزايش ميزان کلروفيل سبب کاهش انرژي بازتابي در طول موج آبي و افزايش آن در طول موج سبز مي گردد .

علاوه بر موارد ذکر شده به کمک سنجش از دور و تصاوير ماهواره اي مي توان نشت مواد نفتي را بر پهنه هاي درياها واقيانوسها شناسايي و به کمک ابزار GIS آنرا رديابي کرد.
...................
[1] radiance
[2] بعضي از محقيقين معتقدند که استفاده از بازتاب طيفي (reflectance ) بجاي تابش طيفي ( radiance ) يا ارزشهاي رقومي ( DN ) مي تواند در مطالعات سنجش از دور مفيد تر باشد و اطلاعات واقعي تري را از پديده ها در اختيار قرار دهد.

__________________

تعرفه ارزان تبلیغات در اولین و بزرگترین سایت هوش مصنوعی ایران !
با بیش از صد و چهل هزار کاربر!

hulya

بسیار ممنونم...مفید و کاربردی بوود






لیپوماتیک - پارتیشن - آموزش عکاسی - عکاسی صنعتی
وقت سفارت آمریکا

__________________