توصيفگر ها :
كيفيت آب , سنجش از دور , سنتينل-2 , لندست-8 , ويژگيهاي طيفي , Google Earth Engine , NDWI
چكيده فارسي :
نظارت دقيق بر بدنههاي آبي براي مديريت و تنظيم منابع آب ضروري است. روشهاي سنتي اندازهگيري كيفيت آب معمولاً زمانبر و پرهزينه هستند و ثبت تغييرات مكاني–زماني در گستره وسيع را دشوار ميسازند. بسياري از مطالعات نشان دادهاند كه سنجش از دور ميتواند ابزار مناسبي براي پايش كيفيت آب در مناطق مختلف باشد، هرچند دقت آن به عوامل متعددي از جمله شرايط آبوهوا، كيفيت تصاوير و اندازه تودههاي آبي وابسته است. در اين مطالعه، امكان پايش كيفيت آب با استفاده از تصاوير ماهوارهاي در حوضه زايندهرود، مهمترين رودخانه فلات مركزي ايران، در سالهاي 1392 و 1400 بررسي شد. دادههاي بازتاب سطحي ماهوارههاي سنتينل-2 و لندست-8 از طريق كد نويسي در بسترGoogle Earth Engine استخراج، و براي تشخيص بدنههاي آبي از شاخص NDWI استفاده شد. دادهها در سه ايستگاه سد تنظيمي، پل زمانخان و چم¬آسمان بهصورت تفكيكشده و همچنين بهصورت تجميعي مورد بررسي قرار گرفتند، و تحليلها در دو بازه زماني فصل گرم و فصل سرد انجام شد. مدلسازي پارامترهاي كيفي آب شامل TDS، EC، pH،COD و كدورت با استفاده از مدل رگرسيون خطي انجام گرفت. براي بهبود دقت پيشبيني، از ويژگيهاي مهندسيشده شامل باندهاي اصلي، توان دوم و سوم باندها، ريشه دوم، منفي لگاريتم، معكوس باند، جمع، تفريق و تقسيم باندها استفاده شد. نتايج نشان داد كه دادههاي سنتينل-2، دقت بيشتري نسبت به لندست-8 در برآورد پارامترهاي كيفي ارائه كردند. در ميان ويژگيهاي طيفي، باندB8³ براي پارامتر TDS، ويژگي −ln(B4) براي EC و ويژگي√B12 به¬عنوان باند SWIR براي pH بهترين عملكرد را داشتند؛ كه پارامترEC با مقدارR²=0.9195 در ايستگاه چم آسمان و فصل گرم و پارامتر pH در ايستگاه سد تنظيمي و فصل گرم با R²=0.9184 بيشترين دقت را در مرحله صحت¬سنجي داشتند. ساير نتايج نيز در محدوده قابلقبول قرار گرفتند. در مقابل، مدلسازي دادههاي تجميعي عملكرد مطلوبي نداشت و دقت برآورد در اين حالت كاهش يافت. افزون بر اين، پارامتر COD باتركيب طيفي (B8+B2) و كدورت با مشتقات باند قرمز بيشترين دقت آموزش را نشان دادند. در مجموع، استفاده از دادههاي ماهوارهاي با تفكيك طيفي و مكاني بالا، بهويژه سنتينل-2، در كنار ويژگيهاي مهندسيشده و تحليل تفكيكشده بر اساس ايستگاه و فصل، ابزاري مؤثر و كمهزينه براي پايش كيفي آب رودخانهها فراهم ميكند و ميتواند جايگزيني مناسب براي روشهاي سنتي نمونهبرداري ميداني باشد.
چكيده انگليسي :
Accurate monitoring of water bodies is essential for the management and regulation of water resources. Traditional methods for measuring water quality are often time-consuming and costly, making it difficult to capture spatial–temporal variations acrosslarge areas. Numerous studies have demonstrated that remote sensing can serve as a suitable tool for monitoring water quality in different regions; however, its accuracy depends on several factors, including weather conditions, image quality, and the size of water bodies. In this study, the feasibility of monitoring water quality using satellite imagery was investigated for the Zayandehroud Basin—the most important river in Iran’s central plateau—during 2013 and 2021. Surface reflectance data from Sentinel-2 and Landsat-8 satellites were extracted using coding in the Google Earth Engine platform, and the Normalized Difference Water Index (NDWI) was used to identify water bodies. . The data were analyzed separately for three stations—Regulating Dam, Zaman Khan Bridge, and Cham Aseman—as well as in an aggregated form, and the analyses were performed for two temporal periods: the warm and cold seasons. Linear regression models were applied to estimate water quality parameters including TDS, EC, pH, COD, and turbidity. To enhance prediction accuracy, various engineered features, including original bands, squared and cubic bands, square roots, negative logarithms, inverses, and combinations of bands through addition, subtraction, and division, were employed. The results indicated that Sentinel-2 data provided higher accuracy than Landsat-8 for estimating water quality parameters. Among the spectral features, the B8³ band for TDS, the −ln(B4) for EC, and the √B12 feature (SWIR band) for pH yielded the best performance. The highest validation accuracy was obtained for EC (R² = 0.9195) at the Cham Aseman station during the warm season, while for pH (R² = 0.9184) at the Regulating Dam station during the warm season. Also, other results were within acceptable accuracy limits. In contrast, the aggregated data modeling showed weaker performance, leading to reduced estimation accuracy. Additionally, the COD parameter showed the best training accuracy using the spectral combination (B8 + B2), and turbidity achieved the highest training accuracy with red-band derivatives. Overall, the findings demonstrate that high-spectral and high-spatial-resolution satellite data—particularly Sentinel-2—combined with engineered features and station-season-based analyses, provides an efficient and cost-effective alternative for monitoring river water quality and can serve as a reliable alternative to traditional field sampling methods.