تجزیه و تحلیل عمق سنجی و ژئوشیمیایی دریاچه السعد، ابها، پادشاهی عربستان سعودی با استفاده از فناوری ژئوانفورماتیک

این مطالعه پتانسیل سنجش از دور عمق سنجی و ژئوشیمیایی آب دریاچه را با 1) بررسی تکنیک مبتنی بر تجربی برای بازیابی اطلاعات عمق از داده های ماهواره ای تصویر نوری غیرفعال جهان بینی-2، 2) انجام تصحیح اتمسفر، 3) ارزیابی دقت مبتنی بر طیف بررسی می کند. بازیابی عمق در شرایط میدانی از طریق اندازه گیری میدانی، 4) تولید حمام سنجی و نقشه برداری ژئوشیمی با بررسی تغییرات طیفی برای شناسایی جفت طول موج هایی که ضریب همبستگی خطی قوی بین نسبت باند ایجاد می کنند. نتایج نشان می‌دهد که سنجش از دور نوری عمق‌سنجی و تحقیقات ژئوشیمیایی نه تنها امکان‌پذیر است، بلکه دقیق‌تر در شرایط آب دریاچه معمولی است و از بررسی میدانی پشتیبانی می‌کند. ماتریس همبستگی پیرسون (R) بین نمونه‌های آب / عمق و مقادیر بازتاب TOA داده‌های ماهواره‌ای جهان‌بینی-2 (WV-2) بررسی شده و همبستگی خوبی پیدا کرده است. مدل های توسعه یافته با استفاده از ترکیب جفت باندهای مختلف نیز دقت بالایی را نشان می دهند. نقشه های نقشه برداری بسته به ضریب همبستگی خطی بین پارامترهای اندازه گیری شده و مقادیر بازتاب TOA داده های جهان بینی-2 تولید شد. بررسی ها نشان می دهد که اکسیژن محلول (DO) آب دریاچه اندکی کمتر از حد مجاز استانداردهای عربستان سعودی برای آب دریاچه است. آب کم عمق دارای غلظت DO بالایی است، در حالی که آب عمیق تر به طور قابل توجهی پایین تر است. اندازه گیری هدایت الکتریکی به عنوان یک شاخص مفید برای درجه کانی سازی در نمونه آب عمل می کند. تمام نمونه هایی که EC دارند از حد مجاز فراتر می روند. توزیع فضایی EC و TDS استنباط کرد که غلظت EC و TDS در قسمت شرقی دریاچه بالاترین است در حالی که غلظت به سمت ضلع جنوبی کاهش می یابد. این مطالعه تأیید می‌کند که سنجش از دور با GIS و GPS می‌تواند یک طرح یکپارچه برای نقشه‌برداری کیفیت آب و حمام‌سنجی آب‌های سطحی فراهم کند.

کلید واژه ها:

ویژگی های آب ژئوشیمیایی، عمق سنجی، داده های جهان بینی-2، سنجش از دور و GIS

1. مقدمه

نقشه‌برداری آب‌سنجی دریاچه‌ها و مخازن دارای ارزش مهمی در مطالعات هیدرولوژیکی است. علاوه بر روابط حجم سطح آب یا سطح دریاچه یا روابط منحنی مرحله، مقایسه چند زمانی بین حمام‌سنجی‌ها شاخصی برای ارزیابی زیست‌محیطی مانند رسوب‌گذاری، تنوع زیستی و فعالیت‌های پایدار مانند کشاورزی، شیلات و تفریح ​​است. رویکردهای مرسوم برای نقشه برداری عمق سنجی به بررسی های میدانی گسترده اعماق آب در مکان های نمونه گیری بستگی دارد. با این حال، چنین رویکردهایی به عنوان کار فشرده و زمان بر هستند [ 1] . همچنین، به دلیل تعداد محدود نقاط نمونه برداری، اغلب دستیابی به دقت نقشه برداری فضایی پیوسته مورد نظر دشوار است. از سوی دیگر، روش‌های نقشه‌برداری پیشرفته شامل سونار کشیدن زیر آب با قایق/کشتی برای ضبط سیگنال‌های صوتی برگشتی در یک بازه زمانی ثابت برای اندازه‌گیری‌های گسترده عمق آب است [ 2 ]. چنین رویکرد پیشرفته‌ای می‌تواند توپوگرافی زیر آب را به دقت اندازه‌گیری کند، اما هزینه بالای آن باعث می‌شود تا برای پروژه‌های تحقیقاتی کم‌هزینه عمومی کمتر در دسترس باشد.

از دهه 1970، فناوری سنجش از دور مبتنی بر ماهواره و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) به عنوان جایگزینی برای به حداقل رساندن کار میدانی برای عمق سنجی و نقشه برداری ژئوشیمیایی (به عنوان مثال [ 3 ] – [ 8 ]) به کار گرفته شده است. با پیشرفت و بلوغ فناوری سنجش از دور (RS)، سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS)، در بسیاری از زمینه‌ها استفاده شده است [ 9 ] [ 10 ]] . یکی از کاربردهای فناوری RS اندازه گیری غیر مستقیم عمق آب است. این روش غیرمستقیم از حسگرهای ماهواره‌ای مبتنی بر فضا برای دریافت انعکاس نور خورشید و تشعشعات گرمایی یک بدنه آبی استفاده می‌کند. در نتیجه، داده های ماهواره ای برای بازیابی عمق آب پردازش می شوند. مدل های بازیابی موجود را می توان به همبستگی نظری، تجربی (آماری) طبقه بندی کرد [ 11 ].

مدل نظری بر اساس معادله انتقال (با اندازه گیری پارامترهای نوری) تابش الکترومغناطیسی در آب است. این مدل در عمل به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است زیرا پارامترهای نوری مربوط به بدنه آبی و مورد نیاز آن مدل ها را نمی توان تعیین کرد و به این دلیل که زمان بندی سایر پارامترهای قابل اندازه گیری ممکن است با داده های ماهواره ای منطبق نباشد. Lyzenga [ 12 ] معادله تابش کلاسیک را با نادیده گرفتن اثرات رادیومتری بدنه آب ساده کرد و رابطه بین انرژی تابشی خروجی آب و عمق آب را به دست آورد. با این حال، این مدل به یک تخمین پیچیده برای تعدادی از پارامترهای ستون آب نیاز دارد که به دست آوردن برخی از آنها می تواند بسیار دشوار باشد. بنابراین به طور گسترده در نقشه برداری عمق آب عملی استفاده نمی شود [ 11] . مدل تجربی شایستگی های نظری و آماری را ادغام می کند. این بر اساس رابطه آماری از طریق استفاده از رگرسیون آماری برای تخمین پارامترهای فتوشیمیایی است. این مدل شامل مدل‌های باند تک طیفی مبتنی بر آلبدوی پایین و مدل‌های نسبت باند چند طیفی [ 11 ] است. مدل باند طیفی تک یک موقعیت ایده آل با همگنی عمودی برای فتوشیمی بدنه آب، آلبدو پایین بالا و غیر قابل تغییر، و آب کم عمق را در نظر می گیرد [ 13 ]. این پدیده های جغرافیایی به ندرت در واقعیت یافت می شدند و چارچوب مهمی برای توسعه بیشتر ایجاد می کردند. مدل نسبت باند چندطیفی، با فرض عدم تغییر همگنی عمودی برای فتوشیمی بدنه آبی، آلبدو پایین در رابطه با ترکیب پایین، براون [14 ] با در نظر گرفتن نسبت بین دو باند طیفی برای کاهش اثرات پایین، دقت خوبی در نگاشت عمق سنجی به دست آورد. با در نظر گرفتن کیفیت آب و شرایط جوی ثابت، فیلپات [ 4 ] اثرات افزایش تعداد فاکتورهای تأثیرگذار برای نقشه برداری عمق سنجی را مورد بحث قرار داد. نتایج نشان داد که تجزیه و تحلیل طیفی به تنهایی با افزایش سطح پیچیدگی مدل غیرقابل اعتماد می‌شود، مگر اینکه بتوان از داده‌های جانبی مانند تصویر مکانی-زمانی نیز استفاده کرد. بیشترین پیشرفت در این جهت گیری پژوهشی توسط دو نفر انجام شد [ 6] در اثرات آنها برای به حداقل رساندن استفاده از داده های درجا برای ضرایب میرایی نور در ستون آب. این مطالعه سه موضوع کاربردی (مدل‌سازی عمق، شرایط جوی و آلبدوی کف) را در نقشه‌برداری آب دریاچه در نظر می‌گیرد. منطقه مورد مطالعه دریاچه السعد، عربستان سعودی بود. تصویر ماهواره ای Worldview-2 در 15 اکتبر 2013 مصادف با بررسی میدانی برای نمونه و عمق آب به دست ^آمد . هدف از این مطالعه ارزیابی عمق سنجی و نقشه برداری ژئوشیمیایی دریاچه السعد، عربستان سعودی بر اساس رگرسیون آماری با استفاده از نسبت باند چند طیفی بود.

2. منطقه مطالعه

یک منطقه مورد مطالعه انتخاب شده است که مفهوم حمام‌سنجی دریاچه را توسط فناوری 3S (سنجش از راه دور، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و سیستم موقعیت جهانی) نشان می‌دهد. دریاچه السعد که برای مطالعه انتخاب شده است در ابها، استان اسیر پادشاهی عربستان سعودی واقع شده است ( شکل 1 ). مرز نواحی مورد مطالعه بین عرض جغرافیایی 18˚12’29.355″ شمالی و 18˚12’51.436″ و طول جغرافیایی 42˚29’5.157″ شرقی و 42˚29’19.795″ شرقی و ارتفاع سطح از دریای متوسط. سطح 2282 متر است. مساحت آن 6.87 هکتار است و دارای سنگهای رسوبی نرم، سخت و سیلت رسوبی اطراف دریاچه را احاطه کرده است [ 15 ].] . شرایط اقلیمی منطقه مورد مطالعه اطراف نیمه خشک است. میانگین بارندگی سالانه 355 میلی‌متر به همراه عمده بارندگی بین ژوئن تا اکتبر و میانگین حداقل و حداکثر دما به ترتیب 19.3 درجه سانتیگراد و 29.70 درجه سانتیگراد است. نقش مهمی به ویژه در پایداری زیست محیطی محلی و ارزش های اجتماعی ایفا می کند.

3. داده ها و روش های مورد استفاده

مجموعه داده های ماهواره Worldview-2 (WV-2) در این مطالعه برای درک محیط پدیده جغرافیایی اطراف و نقشه برداری عمق سنجی استفاده شده است. WV-2 دومین ماهواره نسل بعدی جهان دیجیتال است که توسط هوافضای توپ ساخته شده و از پیشرفته ترین فناوری ها استفاده می کند. داده های ماهواره ای WV-2 با وضوح طیفی زمین فضایی بسیار بالا 50 سانتی متر (pan); 1.84 متر 8 باند تصاویر چند طیفی. وضوح طیفی بالا اطلاعات دقیقی را در مورد مناطق مختلف از جمله کیفیت سطح ایجاد شده، سلامت پوشش گیاهی و عمق بدنه‌های آبی و خواص بیوفیزیکی آن فراهم می‌کند. داده‌های ماهواره‌ای Worldview-2 از Digital Globe از طریق یک پروتکل انتقال فایل (FTP) به صورت دسته‌ای (پانکروماتیک + 8 باند چند طیفی) به دست آمد. محصول داده در فرمت فایل GeoTIFF ذخیره شده و دارای وضوح رادیومتری 16 بیتی است. تصحیح تصویر ماهواره ای با استفاده از ضریب چند جمله ای منطقی سنسور (RPC) و نقاط کنترل زمینی انجام شد. مدل رقومی ارتفاع (DEM) با استفاده از کانتور 20 متری از نقشه توپوگرافی به دست آمده از بخش نقشه برداری، پادشاهی عربستان سعودی ایجاد شد. DEM در فرآیند Orthorectification استفاده شد. مختصات 13 نقطه کنترل زمینی (GCP) که به طور مساوی در سراسر تصاویر توزیع شده اند با استفاده از DGPS به دست آمدند (دقت موقعیت کلی 9.82 میلی متر بود). هشت GCP در تصحیح تصویر استفاده شد. ارزیابی دقت کلی Orthorectification بر اساس 5 GCP مستقل مورد ارزیابی قرار گرفت. RMSE کلی 1.89 متر است. با استفاده از کانتور 20 متری از نقشه توپوگرافی به دست آمده از بخش نقشه برداری، پادشاهی عربستان سعودی. DEM در فرآیند Orthorectification استفاده شد. مختصات 13 نقطه کنترل زمینی (GCP) که به طور مساوی در سراسر تصاویر توزیع شده اند با استفاده از DGPS به دست آمدند (دقت موقعیت کلی 9.82 میلی متر بود). هشت GCP در تصحیح تصویر استفاده شد. ارزیابی دقت کلی Orthorectification بر اساس 5 GCP مستقل مورد ارزیابی قرار گرفت. RMSE کلی 1.89 متر است. با استفاده از کانتور 20 متری از نقشه توپوگرافی به دست آمده از بخش نقشه برداری، پادشاهی عربستان سعودی. DEM در فرآیند Orthorectification استفاده شد. مختصات 13 نقطه کنترل زمینی (GCP) که به طور مساوی در سراسر تصاویر توزیع شده اند با استفاده از DGPS به دست آمدند (دقت موقعیت کلی 9.82 میلی متر بود). هشت GCP در تصحیح تصویر استفاده شد. ارزیابی دقت کلی Orthorectification بر اساس 5 GCP مستقل مورد ارزیابی قرار گرفت. RMSE کلی 1.89 متر است. هشت GCP در تصحیح تصویر استفاده شد. ارزیابی دقت کلی Orthorectification بر اساس 5 GCP مستقل مورد ارزیابی قرار گرفت. RMSE کلی 1.89 متر است. هشت GCP در تصحیح تصویر استفاده شد. ارزیابی دقت کلی Orthorectification بر اساس 5 GCP مستقل مورد ارزیابی قرار گرفت. RMSE کلی 1.89 متر است.

3.1. تبدیل DNهای خام به تابش طیفی در حسگر

برای محاسبه ویژگی های حسگر، تصویر ماهواره ای با استفاده از رابطه (1) [ 16 ] از تابش طیفی DN به L _λ تبدیل شد :

(1)

که در آن، پیکسل تصویر تابشی طیفی TOA (بالای جو) است (W∙m ^-2 ∙sr ^-1 ∙µm ^-1 ). ضریب کالیبراسیون رادیومتری مطلق (W∙m ^-2 ∙sr ^-1 ∙count ^-1 ) برای یک باند معین است. نشان دهنده پیکسل های تصویر تصحیح شده رادیومتری (DN) است. پهنای باند موثر (μm) برای یک باند مشخص است. پارامترهای کالیبراسیون مطلق و پهنای باند موثر برای هر باند از ابرداده ارائه شده با تصاویر بدست می آید.

3.2. تبدیل تابش طیفی به بازتاب TOA (ρ _λ )

بازتاب بالای جو (TOA) ثبت شده در حسگر با تبدیل تابش ثبت شده در حسگر به بازتاب (ρλ ₎ با استفاده از معادله (2) [ 16 ] به دست می آید.

(2)

جایی که، = بازتاب سیاره ای TOA. = پیکسل تصویر تابشی طیفی (W∙m ^-2 ∙sr ^-1 ∙µm ^-1 ). d = فاصله زمین و خورشید (واحدهای نجومی)؛ = میانگین تابش خورشیدی برون جوی (W/m ² ∙µm)؛ = زاویه اوج خورشیدی (درجه); π = ثابت ریاضی (3.14159).

3.3. تصحیح جوی داده های تصاویر ماهواره ای Worlview-2

ارزیابی موثر هر گونه اطلاعات کیفی و کمی معنی دار از تصویر ماهواره ای، سیگنال حسگر ثبت شده در حسگر باید برای اثرات جوی تصحیح شود تا امکان بازیابی تشعشعات سطحی خالص از هدف فراهم شود. این به دلیل تابش ثبت شده در سنسور از منابع مختلف علاوه بر بازتاب خروجی آب است. نسبت تابش منعکس شده از ستون آب بسیار کوچک است، معمولاً کمتر از 20٪ سیگنال کل [ 17 ]، و بنابراین اصلاح دقیق رادیومتریک برای ارزیابی کیفیت آب مهم است. تابش کل دریافت شده در حسگر (TOA) را می توان به چندین جزء به عنوان معادله (3) تقسیم کرد:

(3)

که در آن، آیا تشعشع حاصل از پراکندگی توسط مولکول‌های هوا (پراکندگی رایلی) در غیاب آئروسل، سهم پراکندگی آئروسل در غیاب هوا، سهم سطح، انتقال پراکنده مشاهده جو است و آب مورد نظر درخشندگی دارد

بنابراین، با تبدیل تابش طیفی به بازتاب به دنبال آن است. کل بازتاب ثبت شده در سنسور را می توان به اجزای زیر تقسیم کرد:

(4)

که در آن، زیرمجموعه های بازتاب سهم مولکول های هوا r، aerosol ars را نشان می دهد. و بسیار کوچک در نظر گرفته می شوند و از این پس حذف می شوند (برای سطح، سرعت باد کم فرض می شود).

تخمین بازتاب ریلی

از نظر هندسه و فشار اتمسفر [ 18 ]، سهم پراکندگی رایلی در بازتاب کل را می توان به دقت با رابطه (5) به دست آورد.

(5)

که در آن p _r تابع فاز پراکندگی ریلی است. تابع فاز پراکندگی ریلی (مولکولی) از رابطه آن با زاویه پراکندگی بدست می آید که در رابطه (6) توضیح داده شده است.

(6)

کجا، زاویه پراکندگی نور است. از دید حسگر و هندسه روشنایی، این زاویه با [ 19 ] معادله (7) توصیف می‌شود.

(7)

که در آن،، زوایای دید اوج خورشید و ماهواره و زوایای آزیموت خورشید و ماهواره بر حسب رادیان هستند. ضخامت نوری ریلی است که با استفاده از رابطه (8) محاسبه می شود [ 20 ]

(8)

که در آن، λ طول موج بر حسب میکرومتر است و P(0) = 1013.25 mb فشار اتمسفر استاندارد در سطح دریا است. z ارتفاع (در منطقه مورد مطالعه = 2200 متر). P(z) فشار اتمسفر در ارتفاع z است یعنی 770 mb در این مطالعه انتقال اتمسفر ازن دو طرفه است که توسط Voillier و همکارانش توضیح داده شده است. [ 21 ] به عنوان معادله (9)

(9)

که در آن، ضریب جذب ازن از [ 22 ] است و U محتوای کل ستون ازن بر حسب atm-cm (در منطقه مورد مطالعه: 0.266 atm-cm)، به دست آمده از https://ozoneaq.gsfc.nasa.gov است.

3.4. بررسی میدانی برای حمام سنجی و هیدروشیمی آب

نمونه آب از مکان های مختلف فضایی دریاچه السعد جمع آوری شد. ^{در 15 اکتبر} 2013 تعداد 46 نمونه آب و بررسی حمام سنجی در بطری های پلی پروپیلن غوطه ور در عمق 20 تا 30 سانتی متری زیر سطح آب انجام شد. 1) در هر سایت، اندازه گیری های میدانی از جمله موقعیت جغرافیایی با استفاده از یک سیستم موقعیت یابی جهانی دیفرانسیل (DGPS Leica GPS1200) انجام شد. 2) پارامترهای کیفیت آب مانند DO، pH، کل جامد محلول (TDS) و هدایت الکتریکی (EC) در محل با استفاده از الکترودهای قابل حمل مربوطه اندازه‌گیری شدند. 3) عمق آب با استفاده از گیج دستی کارکنان (به عنوان حداکثر عمق 6 متر در محل مطالعه).

3.5. تجزیه و تحلیل آماری و مکانی نمونه آب

پارامترهای آماری (میانگین، میانه، حداقل، حداکثر، اشتقاق استاندارد، چولگی، کشیدگی و ضریب تغییرات برای هر پارامتر کیفیت آب توسط بسته نرم‌افزاری SPSS محاسبه شد. تجزیه و تحلیل داده‌های آماری شامل تحلیل همبستگی پیرسون بود. قبل از ژئو- تجزیه و تحلیل داده های آماری، داده ها برای نرمال بودن با استفاده از آزمون KS ( Kolmogorov -Smirnov) برای برازش مناسب مورد آزمایش قرار گرفتند . مقادیر از مکان های نزدیک به یکدیگر تقارن بیشتری نسبت به مقادیر داده از مکان های دور از هم دارند.

تکنیک درونیابی فضایی معمولاً برای تولید اطلاعات پیوسته (بر اساس شطرنجی) زمانی که اطلاعات داده های نقطه ای در چندین مکان نمونه برداری در دسترس باشد (پارامترهای کیفیت آب) استفاده می شود. مدل کریجینگ معمولی (OK) یکی از تکنیک‌های درون‌یابی است که مقادیر شناخته‌شده اطراف را برای استخراج تخمین‌ها برای یک مکان اندازه‌گیری نشده وزن می‌کند. اگرچه، اوزان نه تنها بر اساس فاصله بین مقادیر شناخته شده و مقادیر مجهول بلکه بر اساس روابط کلی زمین آماری بین مقادیر شناخته شده است. روش OK بر اساس ایجاد یک نیمه متغیر است و از اطلاعات موجود در بهترین مدل برازش نیمه متغیر، مقادیر درونیابی تعیین می شود. نیمه واریوگرام نموداری بین فاصله داده های مرتب شده و مقدار نیمه واریانس آنها است.

(10)

مرتبط ترین نمونه ها دارای مقادیر نیمه واریانس کمتری هستند . تعداد مقادیر پارامتر کیفیت آب است که می توان با استفاده از بردار h گروه بندی کرد. Z _i مقدار پارامترهای آب است. نشان دهنده مقدار نمونه دیگری است که در فاصله “h” از نمونه اولیه Z _i قرار دارد. نیمه واریوگرام یک نمودار نقطه ای با نقاط ترسیم شده در فاصله زمانی مشخص است، از آنجایی که نیاز به دانستن مقدار نیمه واریانس در فواصل تعریف نشده در نمودار وجود دارد، یک مدل با استفاده از کمترین ریشه مربع خطای ممکن (RSE) برازش شد [ 24 ].] . مدل “بهترین تناسب” دو پارامتر مهم قطعه و آستانه را برای تعیین اینکه آیا نمونه ها از نظر فضایی همبستگی دارند یا نه ارائه می دهد. اگر نسبت بین قطعه و آستانه کم باشد یعنی <0.25، نمونه ها از نظر فضایی همبستگی دارند، برعکس اگر نسبت بالا باشد یعنی > 0.75، نمونه ها همبستگی فضایی بسیار پایینی دارند [ 25 ]] . این پارامتر ساختار فضایی پدیده را نشان می دهد و نمونه هایی با رابطه مکانی بالا نتایج درون یابی بهتری را نشان خواهند داد. قبل از ایجاد سطح پیوسته، توزیع خواص مختلف کیفیت آب برای درک بهتر روندها، که بر خطاهای جهت و آشکار تأثیر می گذارد، تجزیه و تحلیل می شود. تبدیل و حذف روند در صورت لزوم انجام شد. اعتبار متقاطع کریجینگ برای تخمین اینکه مدل‌های نیمه واریوگرام می‌توانند دقیق‌ترین پیش‌بینی‌ها را در مکان‌های ناشناخته ارائه دهند، استفاده شد. هرچه میانگین خطا به صفر نزدیک‌تر باشد، خطای استاندارد ریشه میانگین مربع به 1 نزدیک‌تر است، که نشان می‌دهد که مقادیر پیش‌بینی نزدیک به مقادیر اندازه‌گیری شده است (Castriignano و همکاران، 2007). در جایی که مدل ها مقادیر مشابهی را برای خطای میانگین و خطای ریشه میانگین مربع ارائه کردند،

4. نتیجه و بحث

4.1. هیدروژئوشیمی آب دریاچه

مقدار pH برای آب دریاچه از 7.7 تا 8.1 متغیر است ( شکل 2 ). محدوده مطلوب pH برای آبزیان 6.5 تا 9.0 است [ 26 ]. PH بالاتر یا کمتر از این مقدار آستانه ممکن است با تولید مثل، تنفس و سایر عملکردهای بیولوژیکی آبزیان تداخل ایجاد کند. اگرچه تحمل گونه‌های منفرد متفاوت است، مقادیر pH بین 6.5 و 8.5 معمولاً کیفیت آب خوب را نشان می‌دهد و این محدوده برای اکثر حوضه‌های زهکشی اصلی جهان معمول است [ 27 ]. توانایی سنگ‌ها و خاک‌ها در هر حوضه زه‌کشی معین برای مهار اسیدیته آب باران به زمان ماندن آب در خاک و همچنین سطوح کربنات کلسیم، بی‌کربنات و مواد معدنی سیلیکات مربوط است [ 28 ].] . حوضه های آبخیز با خاک غنی از کربنات کلسیم، بافری را برای دریاچه ها فراهم می کنند، که در غیر این صورت با ظرفیت بافری پایین، مستعد رسوب اسید یا رواناب اسیدی خواهند بود. خلاصه پارامترهای فیزیکی و شیمیایی دریاچه السعد در جدول 1 نشان داده شده است. اکسیژن محلول (DO) آب دریاچه در محدوده 4.38 – 6.73 میلی گرم در لیتر با میانگین 5.38 میلی گرم در لیتر بود ( شکل 2).). داده های موجود نشان می دهد که آب دریاچه السعد اندکی کمتر از حد مجاز استانداردهای عربستان سعودی برای آب دریاچه (10 میلی گرم در لیتر) است. DO در یک اکوسیستم آبی مسئول تغییرات بیوشیمیایی مختلف و متعاقباً تأثیر آن بر فعالیت‌های متابولیکی موجودات درون اکوسیستم دریاچه است. در یک بدنه آبی غنی از مواد مغذی، DO در آب های سطحی به دلیل افزایش فتوسنتز توسط مقادیر زیاد جلبک ها بسیار زیاد است. با این حال، DO در آب‌های عمیق‌تر کاهش می‌یابد زیرا فتوسنتز به دلیل نفوذ ضعیف نور کاهش می‌یابد و به دلیل این واقعیت که جلبک‌های مرده با استفاده از اکسیژن در هنگام تجزیه به سمت پایین می‌افتند. در منطقه مورد مطالعه مشخص شده است که آب کم عمق دارای غلظت DO بالایی است، در حالی که عمیق تر به طور قابل توجهی پایین تر است. DO مهمترین گاز برای اکثر موجودات آبزی است.29 ]، در حالی که مقادیر 5.0 – 6.0 میلی گرم در لیتر معمولا برای اکثر جمعیت ماهی است. روند DO در دریاچه السعد چندان دلگرم کننده نیست زیرا اکثر منطقه دریاچه تحت تنش DO یا

Nate: غلظت ها به جز EC (µS/cm) و pH بر حسب میلی گرم در لیتر است.

کمی بالاتر از آن بنابراین باید راهبردهای مدیریتی مناسبی برای حفاظت از گیاهان و جانوران دریاچه تدوین شود. اندازه گیری رسانایی به عنوان یک شاخص مفید برای درجه کانی سازی در نمونه آب عمل می کند. تمام نمونه‌هایی که EC از حد مجاز فراتر رفته‌اند و از 3366 µs/cm تا 3710 µs/cm با مقدار میانگین 3637.79 µs/cm متغیر است. EC اکثر آبهای طبیعی معمولاً حدود 50 تا 1500 میکرو ثانیه در سانتی متر است. به طور کلی با افزایش EC ماهیت خورندگی آب افزایش می یابد. شکل 2 توزیع فضایی EC و TDS را نشان می دهد، استنباط می شود که غلظت EC و TDS در قسمت شرقی دریاچه بالاترین است در حالی که غلظت به سمت ضلع جنوبی کاهش می یابد.

4.2. تجزیه و تحلیل همبستگی بین نمونه آب بررسی شده و مقدار ماهواره

ماتریس همبستگی پیرسون (R) بین نمونه های آب مورد بررسی و مقادیر بازتاب TOA داده های ماهواره WV-2 در جدول 2 ارائه شده است.. عمق آب، EC، TDS، و DO با مقادیر بازتاب تصویر ماهواره ای WV-2 در ارتباط است. رسانایی الکتریکی با باند 2 (R = -0.668) بسیار منفی است در حالی که با باند 6 (R = -0.445) و باند 7 (R = -0.455) همبستگی منفی متوسطی را نشان می دهد. اکسیژن محلول (DO) همبستگی بسیار منفی با باند 4/باند 8، باند 6/باند 8 و WVIND4 با ارزش R به ترتیب 0.602-، 0.571- و 0.579- در سطح قابل توجهی P <0.001 (2-tailed) دارد. عمق آب با باند 1 / باند 4 (R = 0.848)، باند 4 (R = -0.780)، باند 1 / باند 5 (R = 0.715) و باند 1 / باند 6 (R = 0.702) همبستگی زیادی دارد. سطح P < 0.001 (2 دنباله). مدل‌هایی که نشان‌دهنده روابط آماری برای پارامترهای آب مورد بررسی و مقدار بازتاب TOA تصویر ماهواره‌ای WV-2 هستند که در زیر نشان داده شده است.شکل 3 نمایش گرافیکی ضریب همبستگی خطی بین پارامترهای بررسی شده با مقادیر تخمین زده شده مدل را نشان می دهد.

مدل هدایت الکتریکی (EC).

(11)

که در آن EC بر حسب μS/سانتی متر بیان می شود

a = 4745.53 X1 _λ = باند 2

b = -10968.82 X2 _λ = باند 6

c = -3153.92 X3 _λ = باند 7

d = 4966.71

مدل اکسیژن محلول (DO).

(12)

که در آن DO بر حسب میلی گرم در لیتر است

a = 9.679 X1 _λ = باند 6 / باند 8

b = -3.038 X2 _λ = باند 4 – باند 7 / باند 4 + باند 8

c = -4.793 X3 _λ = باند 4/باند 8

d = 0.752

مدل عمق آب

(13)

توجه: همبستگی در سطح ^* P < 0.05 و ^** P < 0.01 (2-tailed) معنی دار است.

که در آن DO بر حسب میلی گرم در لیتر است

a = 4.303 X1 _λ = باند 1 / باند 5

b = 3.275 X2 _λ = باند 1 / باند 4

c = 0.45 X3 _λ = باند 4

d = -145.282

نقشه های نقشه برداری توزیع رسانایی الکتریکی، اکسیژن محلول (DO)، عمق آب بر اساس مدل های فوق در شکل 4 نشان داده شده است. شکل 4 توزیع فضایی هدایت الکتریکی حاصل از تصویر ماهواره ای (جهان نمای-2) را نشان می دهد. نشان می دهد که در قسمت مرکزی ناحیه دریاچه دارای غلظت بالای EC به دلیل محتوای نمک زیاد است، در حالی که مناطق کم عمق رسانایی الکتریکی کمتری را نشان می دهند. از شکل 4استنباط می شود که DO بالا در ناحیه کم عمق دریاچه یافت می شود در حالی که DO کمتر در عمق بالاتر یافت می شود. غلظت کلی بین 4 میلی گرم در لیتر تا 5 میلی گرم در لیتر یافت می شود. از بررسی میدانی مشاهده می شود که همبستگی با پوشش گیاهی (گیاه هیدروفیتی) در عمق کم اطراف دریاچه زیاد است. DO مشتق شده از تصاویر ماهواره ای و مشاهده درجا بسیار با یکدیگر منطبق هستند. شکل 4 مورفومتری دریاچه را نشان می دهد که از داده های ماهواره جهان بینی-2 بدست آمده است. از شکل استنباط می شود که عمق بالاتری که در قسمت مرکزی و غربی ناحیه دریاچه قرار دارد از 3 متر تا 6 متر است.

5. نتیجه گیری ها

شرایط محیطی هر سیستم دریاچه ای به ماهیت آن دریاچه و قرار گرفتن آن در معرض عوامل مختلف محیطی بستگی دارد. با این حال با افزایش توسعه شهری و فعالیت های انسانی، کیفیت آب به شدت کاهش یافته است. از این رو، برنامه پایش با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و GIS که برای ارزیابی همه آلودگی‌ها مورد نیاز است رخ می‌دهد و اقدام مؤثری را در تمام سطوح ارائه می‌کند. نتایج نشان می دهد که سنجش از دور نوری عمق سنجی و تحقیقات ژئوشیمیایی نه تنها امکان پذیر است، بلکه دقت بالاتری در شرایط آب دریاچه معمولی دارد و از بررسی میدانی پشتیبانی می کند. در این مقاله، مبنای تجربی بازیابی عمق بر اساس طیفی و برخی خواص ژئوشیمیایی را با دقت بیشتری بررسی کرده‌ایم. اعماق و برخی از خواص ژئوشیمیایی تخمین زده شده از نسبت باند زمانی قابل اعتماد هستند که سیگنال سنجش از راه دور عمدتاً از تابش بازتابی پایین تشکیل شده باشد. از آنجایی که مقادیر رادیومتری درگیر به طول موج بستگی دارد، این شرایط ممکن است برای برخی از بخش‌های طیف برقرار باشد اما برای برخی دیگر نه. برای بررسی این تغییرات طیفی، روش تجزیه و تحلیل نسبت باند، برای شناسایی جفت طول موج هایی که ضریب همبستگی خطی قوی بین نسبت باند ایجاد می کنند، توسعه یافته است (معادلات (11)-(13)). ماتریس همبستگی پیرسون (R) بین نمونه‌های آب / عمق و مقادیر بازتاب TOA داده‌های ماهواره‌ای جهان‌بینی-2 (WV-2) مورد بررسی قرار گرفته است. هدایت الکتریکی با باند 2 (R = -0.668) بسیار منفی است در حالی که با باند 6 (R = -0.445) و باند 7 (R = -0.455). همبستگی منفی متوسطی را نشان می دهد. اکسیژن محلول (DO) همبستگی بسیار منفی با باند 4/باند 8، باند 6/باند 8 و WVIND4 با ارزش R به ترتیب 0.602-، 0.571- و 0.579- در سطح قابل توجهی P <0.001 (2-tailed) دارد. عمق آب با باند 1 / باند 4 (R = 0.848)، باند 4 (R = -0.780)، باند 1 / باند 5 (R = 0.715) و باند 1 / باند 6 (R = 0.702) همبستگی زیادی دارد. سطح P < 0.001 (2 دنباله).

مقدار pH آب دریاچه از 7.7 تا 8.1 متغیر است. محدوده مطلوب pH برای آبزیان 6.5 تا 9.0 است. PH بالاتر یا کمتر از این مقدار آستانه ممکن است با تولید مثل، تنفس و سایر عملکردهای بیولوژیکی آبزیان تداخل ایجاد کند. DO آب دریاچه در محدوده 4.38 – 6.73 میلی گرم در لیتر با میانگین 5.38 میلی گرم در لیتر بود. داده های موجود نشان می دهد که آب دریاچه السعد اندکی کمتر از حد مجاز استانداردهای عربستان سعودی برای آب دریاچه (10 میلی گرم در لیتر) است. DO در یک اکوسیستم آبی مسئول بیوشیمیایی های مختلف است

تغییرات و متعاقباً تأثیر آن بر فعالیت های متابولیکی موجودات درون اکوسیستم دریاچه. در منطقه مورد مطالعه مشخص شد که آب کم عمق دارای غلظت DO بالایی است، در حالی که آب عمیق تر به طور قابل توجهی پایین تر است. اندازه گیری هدایت الکتریکی به عنوان یک شاخص مفید برای درجه کانی سازی در نمونه آب عمل می کند. تمام نمونه‌هایی که دارای EC بیش از حد مجاز هستند و از 3366 µs/cm تا 3710 µs/cm با میانگین 3637.79 µs/cm متغیر است. EC اکثر آبهای طبیعی معمولاً حدود 50 تا 1500 میکرو ثانیه در سانتی متر است. به طور کلی با افزایش EC ماهیت خورندگی آب افزایش می یابد. شکل 3توزیع فضایی EC و TDS را نشان می دهد، استنباط می شود که غلظت EC و TDS در قسمت شرقی دریاچه بالاترین است در حالی که غلظت به سمت ضلع جنوبی کاهش می یابد.

منابع