شناسایی و استخراج تغییرات رودخانه‌ی زرینه‌رود در فاصله‌ی سال‌های 1989 تا 2014 با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره‌ای

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.

چکیده

این تحقیق به منظور شناسایی و استخراج تغییرات قسمتی از رودخانه­ی زرینه‌رود در فاصله­ی سال‌های 1989 تا 2014 میلادی - مطابق با سال‌های 1368 تا 1393 هجری شمسی- با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست انجام گرفته است؛ تغییر مسیر و مورفولوژی مجرای رودخانه‌ها - که از ویژگی‌های مهم دشت‌های سیلابی بوده- و در مقیاس زمانی اتفاق می‌افتد، و مطالعه آن با استفاده از فن‌آوری سنجش ‌از دور، نتایج مطلوب‌تری به دست می‌دهد در این تحقیق نیز از این تکنیک استفاده شده است. تصاویر پس از تصحیحات رادیومتریک و تصحیحات هندسی، جهت افزایش تباین به روش خطی بسط داده شده و در مرحله­ی بعد با استفاده از روش‌های تحلیل مؤلفه‌های اصلی و ترکیب باندی بهترین مؤلفه و ترکیب باندی مشخص گردید. سپس با انتقال این مؤلفه‌ها و ترکیب باندی به محیط نرم‌افزار ArcGIS محدوده­ی رودخانه­ در سال‌های مورد مطالعه استخراج و تجزیه‌ و تحلیل شد. جهت تحلیل کمّی تغییرات مسیر رودخانه، از شاخص‌های ضریب خمیدگی و بعد فراکتالی برای مقایسه­ی سال‌های مورد مطالعه استفاده شد. نتایج تحقیق نشان‌ می‌دهد به علت کاهش بسیار محسوس دبی رودخانه از سال 2000 تا سال 2014، پتانسیل رودخانه برای ایجاد تغییرات مورفولوژیک در بخش‌های مختلف بسیار پایین است. بیشترین میزان تغییرات در سال 1989 اتفاق افتاده است. ناپایداری مسیر رودخانه نیز در طی سال‌های مورد مطالعه به جز حذف یک پیچان‌رود از الگوی سال 1989، بسیار کم می‌باشد. همچنین نتایج روش‌های استخراج الگوی رودخانه نشان داد که جهت تشخیص خط مرزی رودخانه تحلیل مؤلفه‌های اصلی از روش‌های دیگر کاراتر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Detection and Extraction of Changes in Zarineh Rud River’s Variation between 1989 and 2014 via Remote Sensing Data

نویسندگان [English]

  • Sayyad Asghari Sarskanrood 1
  • Mahdi Poorahmed 2
چکیده [English]

Variations in route and morphology of the rivers are among the important characteristics of floodplains. Since these variations occur within time scale, it is appropriate to study those using remote sensing techniques. This study aims to identify and extract part of Zarineh Rud river variation from 1989 to 2014 using landsat satellite images. To gain this objective, radiometric and geometric modifications have been carried out in the first phase. Afterward, the images have been developed by linear method for enhancing the resolution. Then, by principal component analysis and band combination, the best component and band were determined. By adding these components and bands to ArcGIS, the river range within the mentioned time span was extracted and analyzed. Furthermore, for quantitative analysis of the river route variation, curvature coefficient and Fereaktaly dimension indices were used to compare the different years. It was found that there is a low potential in river to have morphologic variations in different parts. This is due to the fact that there has been a negligible change in river flow rate since 2000. The highest variation is observed in 1989. Instability of the river route during the studied time span was very low, except for one of the river’s twists from the 1989 pattern. The results of river extraction methods also confirmed that principal component analysis for identifying the border line of the river is more appropriate than the other methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • River change
  • Sinuosity Ratio indexes
  • Channel Instability
  • Zarinehrud
  • Principal component analysis

مقدمه

تغییر مسیر و مورفولوژی مجرای رودخانه‌ها از ویژگی‌های مهم دشت‌های سیلابی است و چون این تغییرات در مقیاس زمانی اتفاق می‌افتند، بنابراین مطالعه­ی آن‌ها با فن‌آوری سنجش ‌از دور نتایج بهتری در پی دارد (گوشال و همکاران[1]، 2010: 1798). برای بررسی و اندازه‌گیری روند و حجم تغییرات و نحوه­ی تغییرات نیز می‌توان از عکس‌های هوایی، تصاویر ماهواره‌ای و تحلیل مدل رقومی استفاده کرد (لان و همکاران[2]، 2004: 115). اکوسیستم رودخانه‌ها کاملاً پویا بوده و مرزهای جانبی و مشخصات مورفولوژیکی آن‌ها در طول زمان و به ‌طور پیوسته در حال تغییر است (کسلر و همکاران[3]، 2013: 1). نظارت بر تغییرات مورفولوژیک، اساس و پایه­ی حل مشکلات و مسائل ژئومورفولوژی کاربردی بوده و طراحی و شناسایی فرایندهای آن‌ها ضروری است. ژئومورفولوگ‌ها برای درک ماهیت و سرعت تغییرات به تشریح گذشته و حال - به‌عنوان یک اصل ضروری- پرداخته و آینده­ی فرایندها را پیش‌بینی می‌کنند (کوک[4] و ورنکمپ[5]،1990: 7). از طرف دیگر مطالعات ژئومورفولوژی، از مهم‌ترین مباحث علم مهندسی رودخانه است که به بیان شکل هندسی، فرم بستر، پروفیل طولی آبراهه، مقاطع عرضی، تغییر شکل‌ها و تغییر مکان رودخانه در طول زمان می‌پردازد (حافظی مقدس و همکاران،1391: 2). محققان مختلف در سرتاسر جهان به قابلیت تصاویر ماهواره‌ای و تلفیق آن با سیستم اطلاعات جغرافیایی جهت فراهم کردن اطلاعات کامل از وضعیت رودخانه و پایش تغییرات مکانی آن در فواصل زمانی مختلف اشاره‌ کرده‌اند (سوریان، 1999: 1136؛ رینالدی[6]، 2003: 588؛ لی[7] و همکاران، 2007: 185؛ کوما و همکاران[8]، 2008: 1؛ سارکار و همکاران[9]، 2012: 63؛ پان[10]، 2013: 149؛ ارشد و همکاران، 1386: 180). پیشرفت‌های اخیر علوم سنجش ‌از دور از جمله بهبود قدرت تفکیک مکانی، زمانی و طیفی تصاویر ماهواره‌ای سنجنده‌های مختلف از یک‌­سو، و ابداع شاخص‌ها و فن‌آوری جدید در مطالعه­ی رودخانه‌ها در طول دهه‌های گذشته از سوی دیگر باعث ایجاد نگرش مثبت محققان علوم رودخانه‌ای در استفاده از فن‌آوری سنجش ‌از دور شده است (وایتون[11]، 2009: 3؛ داس و ساراف[12]، 2007: 3620).

سارکار و همکاران[13] (2012) با استفاده از سنجش ‌از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دینامیک رودخانه­ی براهماپوترا در هند را در فاصله­ی زمانی 1998 تا 2008 بررسی نمودند. آنها با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای IRS 1A LISS-I و IRS-P6 LISS_III و تحلیل آنها، عوامل مؤثر بر تغییرات مورفولوژی رودخانه در فاصله­ی زمانی مورد مطالعه را شناسایی نموده و تصدیق کردند که تحلیل تصاویر ماهواره‌ای آخرین اطلاعات از وضعیت مورفولوژیکی رودخانه را در اختیار محققان قرار می‌دهد. پان[14] (2013) تغییرات حوضه­ی رودخانه­ی بانکورا را با استفاده از فن­آوری سنجش و نقشه‌های توپوگرافی و تصاویر ماهواره‌ای لندست (سنجنده‌های MSS و ETM) در دوره‌های زمانی مختلف ‌از دور مورد مطالعه قرار داده، شاخص‌های مورفولوژیکی رودخانه از جمله ضریب خمیدگی، تقارن مقطع عرضی دره، نسبت پیچان‌رودی و ضریب بریدگی از تصاویر ماهواره‌ای را استخراج نمود. نتایج نشان داد که شاخص‌های مورفولوژیکی رودخانه در فواصل زمانی مورد بررسی در حال تغییر بوده و این تغییرات در نواحی مختلف متفاوت می‌باشد.

محمدی و همکاران (1385)، در پژوهشی اثرات سیل مرداد 1380 شرق گلستان بر مورفولوژی رودخانه­ی مادرسو را بررسی نمودند. در این تحقیق برای بررسی خصوصیات مورفولوژیکی رودخانه در دوره­ی قبل از وقوع سیل، از نقشه‌های توپوگرافی 1:50000، تصاویر TM و ETM+ ماهواره­ی لندست، عرض و عمق متوسط رودخانه و جهت بررسی وضعیت مورفولوژیکی رودخانه پس از وقوع سیل از نقشه‌های پلان و پروفیل طولی با مقیاس 1:2000 و پروفیل عرضی با مقیاس 1:100 استفاده گردید. یافته‌های این محققان نشان داد که بعضی از خصوصیات مورفولوژیکی شامل طول قوس، طول‌ موج، شعاع قوس و ضریب مئاندری در دو دوره­ی قبل و بعد از سیل تفاوت معناداری با هم دارند. مقصودی و همکاران (1389)، با استفاده از عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای لندست سال‌های مختلف و مقایسه­ی پارامترهای هندسی اندازه‌گیری شده­ی آن سال‌ها روند تغییرات مورفولوژیکی رودخانه­ی خرم‌آباد را بررسی کرده، نتیجه گرفتند پارامترهای هندسی به ‌دست ‌آمده در سه دوره­ی مورد مطالعه، تغییرات شکل پلان رودخانه را نشان می‌دهد. این محققان علت این تغییرات را تغییر کاربری اراضی اطراف رودخانه دانسته‌اند. جعفربیگلو و همکاران (1391)، در تحقیقی تغییرات بستر و ویژگی‌های رودخانه­ی گیلان غرب در سال‌های 1344 تا 1381 را با استفاده از عکس‌های هوایی، تصاویر ماهواره‌ی TM و IRS بررسی کردند. پس از محاسبه­ی تغییرات بستر، تعداد مئاندرها و تغییرات طول رودخانه در سه دوره، نتیجه گرفتند به علت تأثیرات نوزمین­ساخت، تغییرات رخ ‌داده در طی دوره­ی زمانی 1365 تا 1381 شدیدتر از دوره­ی دیگر بوده است. شریفی‌کیا و امیری (1392)، تغییرات الگوی مکانی رودخانه­ی هیرمند را با استفاده از عکس‌های هوایی و تصاویر ماهواره‌ای IRS_P5 در بازه‌های زمانی مختلف بررسی نموده و نتیجه گرفتند محور رودخانه تغییرپذیری بین حداقل 5 تا حداکثر 31 درجه را تحمل کرده است.

با توجه به موارد ذکر شده، هدف این تحقیق شناسایی و استخراج تغییرات قسمتی از مسیر رودخانه­ی زرینه‌رود در فاصله­ی سال‌های 1989 تا 2014 میلادی مطابق با سال‌های 1368 تا 1393 هجری شمسی با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست می‌باشد.

منطقه­ی مورد مطالعه

منطقه­ی مورد مطالعه قسمتی از رودخانه­­ی زرینه‌رود به طول 59 کیلومتر از شهر میاندوآب تا دریاچه­ی ارومیه در استان آذربایجان غربی می‌باشد (شکل 1). رودخانه­ی زرینه‌رود با نام محلی جغاتو از دامنه­ی جنوبی کوه‌های چهل چشمه در 35 کیلومتری شمال‌شرقی مریوان سرچشمه گرفته و طول شهرستان‌های تکاب، شاهین‌دژ و میاندوآب را ‌پیموده و سرانجام از گوشه­ی جنوب شرقى به دریاچه­ی ارومیه می‌ریزد. این رودخانه از نوع دایمی بوده و با طول 302 کیلومتر، ارتفاع سرچشمه 2500 متر، ارتفاع ریزشگاه 1275 متر، شیب متوسط 4 درصد، بارش متوسط سالانه 380 میلی‌متر، میانگین آبدهی ماهانه 5/139 میلیون متر مکعب و متوسط آبدهی 1813 میلیون متر مکعب در سال، دارای رژیم سیلابی است. سد بوکان میزان آب خروجی این رودخانه را تنظیم می‌کند. در گذشته سیلاب‌های ناشی از این رودخانه روستاهای زیادی را در بر می‎گرفت. با توجه به نقشه­ی زمین‌شناسی منطقه، این رودخانه از سنگ‌های دگرگون‌شده در جنوب و جنوب غربی سرچشمه گرفته و گرانیت، فیلیت و مرمر نیز پیرامون رودخانه را در برگرفته‌اند. همچنین سنگ‌های آتش‌فشانی دگرگون‌ شـده در قسمت‌های شرقی رخنمون داشـته و در بخش‌های مرکزی و غرب رودخانه، توف­های کواترنری، ماسه‌ سنگ، شیل و آهک به ‌صورت پراکنده وجود دارند (علمی‌زاده و همکاران، 1393: 133).

 

شکل (1) منطقه­ی مورد مطالعه

مواد و روش

در این تحقیق از نرم‌افزارهای ArcGIS10.2 جهت ایجاد پایگاه داده، رقومی کردن مسیر رودخانه و انجام تجزیه و تحلیل و از ENVI5 جهت پردازش تصاویر استفاده شده است. تصاویر ماهواره‌ای مورد استفاده در این تحقیق، مربوط به سنجنده TM ماهواره­ی لندست 5 در سال 1989 با 7 باند طیفی و سنجنده­ی ETM+ ماهواره­ی لندست 7 در سال‌های 2000، 2004، 2010 با 7 باند طیفی و سنجنده­ی OLI ماهواره­ای لندست 8 در سال‌2014، با 11 باند طیفی است. اندازه­ی پیکسل تصاویر این ماهواره 30 متر است و محدوده‌ای با ابعاد 185در 185 کیلومتر در جهت عمود بر حرکت ماهواره را پوشش می‌دهد. همچنین برای تصحیح هندسی از تصویر باند 8 سنجنده­ی ETM+، گرفته ‌شده در روز شانزدهم سال 2010 میلادی که دارای اندازه­ی پیکسل 15 متر است و منطقه‌ای به عرض 185 کیلومتر را تصویربرداری می‌کند و از اطلاعات ژئورفرنس شده، استفاده شده است. به منظور بررسی تغییرات مسیر رودخانه از ضریب سینوزیته و برای کمّی کردن میزان تغییرات از بعد فراکتالی مسیر رودخانه استفاده شده است.

برای انجام این تحقیق تصاویر پس از تصحیحات رادیومتریک و هندسی، جهت افزایش تباین به روش خطی بسط داده شده، سپس با استفاده از روش‌های تحلیل مؤلفه‌های اصلی و ترکیب باندی بهترین مؤلفه و ترکیب باندی مشخص شد. با انتقال این مؤلفه‌ها و ترکیب باندی به نرم‌افزار محیط ArcGIS محدوده­ی رودخانه در سال‌های مورد مطالعه استخراج گردیده و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت..

پیش‌پردازش داده­های ماهواره­ای

عملیات پیش‌پردازش مورد نیاز برای آماده‌‌سازی داده­ها شامل دو مرحله­ی کلی تصحیحات رادیومتریک و تصحیحات هندسی است. به منظور انجام تصحیحات رادیومتریک، داده‎های تصویر طی دو مرحله، ابتدا از Digital number به تابش ‌طیفی[15] و سپس به بازتاب‌ طیفی[16] تبدیل شدند. استفاده از مقادیر بازتاب در مقایسه با مقادیر رادیانس، دو مزیت دارد: اول اینکه می‌توان تأثیر کسینوس زاویه­ی زنیت خورشید متفاوت، به نسبت اختلاف‌ زمانی بین برداشت داده‌ها را اندازه‌گیری کرد و دوم این که مقادیر مختلف تابش خورشیدی بیرون اتمسفر که ناشی از اختلاف‌های باند طیفی است، تصحیح می‌شود (چاندر و همکاران[17]، 2009: 895). پس از تصحیحات رادیومتریک، تصحیحات هندسی بر روی تصاویر پیاده شدند. برای تصحیح هندسی تصاویر، ابتدا نقاط کنترلی به تعداد قابل ‌قبول و با پراکنش مناسب در هر دو تصویر مرجع و تصویر مورد استفاده انتخاب گردید؛ و پس از انجام این دو مرحله تصاویر برای انجام روش­های تحقیق آماده شدند.

پردازش داده­های ماهواره­ای

پردازش تصاویر ماهواره‌ای و خوارزمی‌های جداسازی آب و زمین در تصاویر ماهواره‌ای نقش مهمی در تحلیل‌های بعدی دارد. لذا برای ارایه­ی بهترین خوارزمی جهت تفکیک و تشخیص خط ساحلی رودخانه‌ها در تصاویر ماهواره‌ای، دقت زیادی به کار رفت. بهترین محدوده­ی امواج الکترومغناطیس برای جداسازی آب از زمین بخش مادون‌قرمز است. جذب تابش امواج مادون ‌قرمز توسط آب و بازتابش زیاد آن توسط پوشش گیاهی و تا حدودی خاک، کنتراست خوبی بین آب و زمین ایجاد می‌کند (ویلسون[18]، 1997: 485).

اغلب سنجنده‌ها برای به تصویر کشیدن سطح زمین در هر ناحیه­ی طیفی نمی‌توانند از توان کامل خود استفاده کنند، از این رو، تصاویر تاریک و فاقد قابلیت نمایش مناسب هستند. چنانچه درجات خاکستری به گونه‌ای تغییر داده شود که در تمامی محور سیاه و سفید مکعب رنگ گسترده شود، تباین بین نواحی تاریک و روشن افزایش یافته، موجب تفسیر بهتر تصویر می‌گردد. باید توجه داشت که روش بارزسازی روش مبتنی بر آزمون و خطاست (علوی‌پناه، 1390: 487). نتایج حاصل از روش‌های مختلف برای جداسازی مرز رودخانه نشان داد که بسط کنتراست به روش خطی به دلیل وجود دامنه­ی کامل درجه­ی روشنایی مغایرت بین آب و سواحل را به خوبی نشان می‌دهد؛ بنابراین ابتدا بر روی هر یک از باندها بهبود کنتراست به روش خطی انجام گردید و سپس جهت تعیین حدود رودخانه از تحلیل مؤلفه‌های اصلی[19] (PCA)، نسبت باندی و ترکیب باندی استفاده گردید.

تحلیل مؤلفه‌های اصلی 1(PCA):PCA روشی برای تبدیل و کاهش داده‌ها در سنجش از دور است (علوی پناه، 1390: 496) که می‌توان داده‌های چندطیفی یا چند باندی را در یک فضای چندبعدی تصویر نمود، با توجه به وابستگی یا همبستگی باندهای همسایه به یکدیگر، از تحلیل مؤلفه‌های اصلی با هدف دستیابی به مقادیر و مؤلفه‌های (ویژگی‌های) جدیدی استفاده می‌شود که در آن‌ها واریانس داده‌ها بیشتر و بنابراین میزان اطلاعات بیشتر و وابستگی بین این مؤلفه‌ها کمتر از حالت اولیه­ی تصاویر است (فاطمی و رضائی، 1391: 123). در گذشته کاربرد تحلیل مؤلفه‌های اصلی صرفاً کاهش حجم داده‌ها بود، حال آنکه اطلاعات فراوان دیگری نیز با استفاده از PCA قابل استخراج است. یکی از مهم‌ترین اطلاعات قابل استخراج از تحلیل مؤلفه‌های اصلی، اطلاعات مربوط به تغییرات حادث شده در تصاویر چندزمانه‌ای است (علوی­پناه، 1390: 590).

 

 

شکل (2) تصویر PC2 در سال 1989

 

شکل (3) تصویر PC1 در سال 2000

 

 

شکل (4) تصویر PC2 در سال 2004

 

شکل (5) تصویر PC2 در سال 2010

 

شکل (6) تصویر PC2 در سال 2014

یکی از روش‌های متداول برای تشخیص تغییرات به کمک داده‌های ماهواره‌ای نسبت‌گیری باندی است: فرایند تقسیم پیکسل‌های یک باند تصویر بر باند دیگر آن را نسبت‌گیری باندی گویند. استفاده از نسبت‌گیری باندی قابلیت بالایی در بارزسازی خواص طیفی عوارض مختلف و حذف یا کاهش اثرات نامطلوب ناشی از تغییرات نوردهی دارد (فاطمی و رضائی، 1391: 133).

محاسبه­ی میزان سینوزیته و بعد فراکتالی مسیر رودخانه در سال‌های مختلف

بررسی میزان پیچش مئاندرها و سینوزیته­ی مسیر رودخانه، مقایسه­ی میزان انحنای مسیر قطعات مختلف رودخانـه و در نـتیجه اظهار نـظر در مورد پیچش مسیر آن را آسان‌تر مـی‌سازد (بیاتی خـطیبی، 1391: 93).

جهت بررسی سینوزیته­ی مسیر رودخانه از رابطه­ی زیر استفاده شد:

رابطه­ی (1)     

رابطه (1) S میزان سینوزیته، T طول سینوزیته و L مسافت طولی خط مستقیم است (بیاتی خطیبی، 1391: 91).

جهت محاسبه­ی بعد فراکتال می‌توان از روش­های مختلفی استفاده نمود که از آن جمله می‌توان بعد خود متشابهی (Ds)، بعد اندازه‌گیری شده (d) و بعد شمارش خانه (Db) (گرس برگر[20]، 1983: 518) را نام برد. در این تحقیق جهت تعیین بعد فراکتالی از روش بعد شمارش خانه با استفاده از نرم‌افزار Fractalyse استفاده شده است.

بحث و نتایج

بررسی تغییرات نواحی رودخانه

بررسی تغییرات مسیر رودخانه در سال‌های مورد مطالعه نشان‌دهنده­ی پتانسیل بسیار پایین رودخانه در ایجاد تغییرات در محدوده­ی رودخانه بخصوص از سال 2000 به بعد می‌باشد. دو عامل اساسی پتانسیل بسیار پایین تغییرات رودخانه عبارتند از: کاهش بسیار محسوس دبی رودخانه از سال 2000 تا سال 2014، به علت ایجاد سد در بالادست رودخانه و آبگیری بسیار زیاد مزارع اطراف از رودخانه است؛ به‌ طوری‌ که بستر رودخانه در سال‌های اخیر دارای باریکه­ی بسیارکم پهنای آب بوده و هر چه به دریاچه­ی ارومیه نزدیک می‌شود، میزان دبی شدیداً کاهش پیدا می‌کند. در ژئومورفولوژی رودخانه مهم‌ترین عامل ایجاد تغییرات رودخانه‌ای دبی‌های سیلابی است که با احداث سد این دبی‌ها شدیداً کاهش یافته و عامل محرکه برای ایجاد تغییرات رودخانه‌ای را از بین برده است. از طرف دیگر دیوارکشی و حفاظت از حریم باغات اطرافرودخانه باعث به حداقل رسیدن میزان تغییرات در محدوده­ی مورد مطالعه می‌شود. الگوی سینوسی رودخانه از سال 1989 تا سال 2014 تغییرات فوق‌العاده کمی داشته است که هر چه به دریاچه­ی ارومیه نزدیک می‌شویم این تغییرات کاهش بیشتری دارد. بنابراین، شکل‌گیری الگوی فعلی رودخانه به زمان قبل از احداث سد برمی‌گردد و در طی سال‌های مورد بررسی تغییرات معمولاً به ‌صورت محلی می‌باشد.

برای بررسی دقیق‌تر، محدوده­ی مورد مطالعه به 9 مسیر طبقه‌بندی‌ شده است؛ که مسیر اول از ساحل دریاچه شروع ‌شده و به سمت بالادست رودخانه ادامه پیدا می‌کند. همان‌طوری که از اشکال 7 و 8 مشخص است، میزان تغییرات در هر دو مسیر 1 و 2 در طی سال‌های مورد بررسی بسیار کم بوده و بیشترین و شاخص‌ترین تغییرات اتفاق افتاده حذف یک پیچان‌رود از الگوی رودخانه است؛ به ‌طوری ‌که الگوی رودخانه در سال 2000 با از بین بردن پیچ مزبور مستقیم گشته است. الگوی کلی رودخانه در صورت فراهم شدن دبی مناسب به دلیل گسترش سازندهای بسیار فرسایش‌پذیر (تشکیلات رسی و سیلتی سدیمی) (شکل 16) و بسیار ریز، مستعد تغییرات بسیار زیاد و وسیع رودخانه‌ای است؛ ولی عدم ورود دبی مؤثر در سال‌های مورد بررسی باعث کاهش زیاد تغییرات شده است.

دوم، وجود یک پیچان‌رود بسیار شاخص در ورودی رودخانه به دریاچه­ی ارومیه می‌باشد. با توجه به این‌ که محققان عمدتاً در بررسی رودخانه‌های دشت‌های سیلابی، میزان تغییر و تحول پیچان‌رودها را به‌ عنوان یک شاخص عمده برای بیان تغییرات محسوب می‌کنند، مسیر دوم فقط یک پیچان‌رود را نشان می‌دهد. در پیچان‌رود قوس خارجی معمولاً شدیدترین تغییرات رودخانه‌ای اتفاق می‌افتد که باعث جابجایی بستر رودخانه و گسترش دشت‌های سیلابی محدوده­ی رودخانه می‌شود. بررسی پیچان‌رود مسیر دوم نشان‌دهنده­ی هیچ‌گونه تغییر مشخصی در طی سال‌های مورد بررسی نیست؛ به‌ طوری ‌که بررسی میزان خمیدگی و زاویه­ی مرکزی پیچان‌رود مسیر دوم در سال‌های مورد بررسی تغییری را نشان نمی‌دهد. در طی بررسی میدانی نیز از پیچان‌رود مزبور و بررسی داغ‌آب‌های پیچان‌رود مورد نظر، تغییرات داغ‌آب‌ها در طی سال‌های مورد بررسی کمتر از 5 متر تشخیص داده شد. به ‌طوری ‌که بررسی بستر رودخانه نشان‌ دهنده­ی کاهش بسیار محسوس در محدوده­ی مزبور بوده و بستر فعال رودخانه در حال حاضر عمدتاً به‌ صورت باریکه می‌باشد.

 

شکل (7) رودخانه در مسیر اول

 

شکل (8) رودخانه در مسیر دوم

در مسیر سوم میزان تغییرات نسبت به مسیرهای 1 و 2 افزایش یافته است. بیشترین میزان تغییرات مربوط به سال‌های 2000 تا 2004 و بیشتر از سال‌های 2010 و 2014 است. با فاصله گرفتن از ساحل دریاچه ارومیه و افزایش میزان دبی، تغییرات نیز بیشتر می‌شود. عامل اصلی تغییرات رودخانه‌ای در محدوده­ی مورد بررسی عمدتاً تفاوت‌های محلی در کاربری و لیتولوژیکی بستر و سواحل رودخانه است. در مسیرهایی که میزان حفاظت از بستر و سواحل رودخانه بیشتر بوده، پتانسیل دبی رودخانه برای انجام تغییرات ژئومورفولوژیک بسیار پایین و به تبع آن میزان تغییرات بسیار کمتر شده است و در جاهایی که از سواحل رودخانه محافظت نشده است، میزان تغییرات به علت آزادی عمل رودخانه بیشتر بوده است. همچنین گسترش سازندهای فرسایش‌پذیر، هرچند به‌ عنوان عامل کم ‌اهمیت، در تغییرات رودخانه‌ای نقش داشته است. میزان تغییرات در مسیر چهارم نسبت به مسیر سوم در طی سال‌های مورد بررسی بسیار بیشتر بوده و به طوری که در سال 1989 نسبت به سال 2014 عمدتاً در نواحی قوس‌های رودخانه تا حدود 100 متر بیشتر بوده است. مطلب مهم این است که در طی 25 سال فقط یک قطع‌شدگی در مسیر رودخانه اتفاق افتاده که نشان‌دهنده­ی دینامیک و توانایی کم رودخانه برای تغییر و تحول قوس‌های رودخانه است. از طرف دیگر با توجه به اینکه یکی از ویژگی‌های رودخانه‌های پیچان‌رودی زایش قوس‌های جدید در امتداد مسیر رودخانه است، در طی چهار مسیر مورد بررسی نیز هیچ قوس‌ جدیدی ایجاد نشده است؛ حتی آستانه­ی شروع قوس‌های جدید نیز در مسیر دیده نمی‌شود (اشکال 9 و 10).

 

شکل (9) رودخانه در مسیر سوم

 

شکل (10) رودخانه در مسیر چهارم

بین مسیرهای مورد بررسی مسیر پنجم و ششم طی سال‌های مورد بررسی، بیشترین میزان تغییرات رودخانه‌ای را داشته، که عمدتاً به‌ صورت تغییر مسیر و بستر رودخانه بوده است. در مسیر شماره­ی پنجم آستانه­ی شروع قوس خوردگی در مسیر رودخانه در سال 2000 ایجاد شده که این خمیدگی در سال‌های بعدی از بین رفته است. بررسی میدانی مسیر مورد مطالعه نشان داد که این قسمت از خمیدگی در سال 2000 به‌ وسیله­ی سیلاب به وجود آمده است. مسیر رودخانه به ‌صورت تجاوز به باغات اطراف بوده که با انحراف مسیر رودخانه توسط کشاورزان به بستر اصلی، قوس خوردگی اصلی از بین رفته است. در مسیر ششم تغییرات رودخانه عمدتاً به ‌صورت تغییر بستر رودخانه و کاهش و یا افزایش میزان قوس خوردگی پیچان‌رودها در سال‌های مختلف بوده است؛ که با توجه به دینامیک محلی و زمانی رودخانه، سینوزیته­ی مئاندرهای مورد بررسی افزایش یا کاهش یافته است. به طوری که بیشترین میزان تغییرات عمدتاً در قوس‌های خارجی مئاندرهای رودخانه دیده می‌شود. کمترین میزان سینوزیته در سال 2004 و بیشترین میزان سینوزیته در سال 1989 بوده است(اشکال 11 و 12).

 

شکل (11) رودخانه در مسیر پنجم

 

شکل (12) رودخانه در مسیر ششم

در مسیر هفتم میزان تغییرات رودخانه‌ای طی سال‌های مورد بررسی کم و تغییرات عرضی بستر رودخانه بین 5 تا حداکثر 15 بوده است؛ در حالی ‌که میزان تغییرات در مسیر هشتم بیشتر و تغییرات عرضی بستر و مسیر رودخانه و پارامترهای پیچان‌رودی رودخانه تغییرات بیشتری داشته است. در این مسیر رودخانه عمدتاً به ‌صورت شریانی است؛ به طوری که بستر رودخانه به ‌وسیله­ی جزایر موجود در آن به ‌صورت پراکنده درآمده و فقط طی جریان‌های سیلابی بستر واحدی ایجاد می‌کند. بر همین اساس میزان خمیدگی رودخانه نیز در سال‌های مورد بررسی تغییرات زیادی داشته است (اشکال 13 و 14).

 

 

شکل (13) رودخانه در مسیر هفتم

 

شکل (14) رودخانه در مسیر هشتم

مسیر نهم رودخانه در داخل شهر میاندوآب قرار گرفته است. در این محدوده به علت دیوارکشی بتونی محدوده­ی رودخانه، پتانسیل تغییرات رودخانه‌ای از بین رفته و تغییر بستر رودخانه طی سال‌های مورد بررسی عمدتاً در محدوده­ی دیواره‌های محدودکننده­ی رودخانه بوده است. تغییرات سال 1989 بسیار بیشتر از سال‌های 2000 به بعد است. مهم‌ترین عامل برتری دبی رودخانه در این سال نسبت به سال­های دیگر، بیشتر بودن آزادی عمل رودخانه در این سال نسبت به سال‌های دیگر بوده است.

 

شکل (15) رودخانه در مسیر نهم

 

شکل (16) سازندهای منطقه­ی مورد مطالعه

بررسی روند تغییرات بعد فراکتالی و ضریب سینوزیته­ی رودخانه نیز در سال‌های مورد بررسی تأییدکننده­ی نتایج بررسی مسیرهای نه­گانه­ی محدوده­ی مورد مطالعه است؛ به‌ طوری ‌که میزان تغییرات در سال‌های مورد بررسی بسیار کم بوده و تفاوت مسیرهای مورد بررسی بر مبنای بعد فراکتالی هم کم است که نشان‌دهنده­ی تغییرات بسیار کم مسیر رودخانه در سال‌های مورد بررسی است (جدول 1).

جدول (1) روند تغییرات بعد فراکتالی و ضریب سینوزیته­ رودخانه در طی سال‌های مورد بررسی

سال

1989

2000

2004

2010

2014

خط مرکزی رودخانه (بعد فراکتالی)

264/1

261/1

258/1

261/1

262/1

سواحل و کناره‌های رودخانه (بعد فراکتالی)

327/1

325/1

326/1

331/1

324/1

سینوزیته

48/1

45/1

42/1

44/1

45/1

نتیجه‌گیری

نتایج حاصل از تفسیر بصری روش‌های مورد استفاده در این تحقیق نشان می‌دهد که تحلیل مؤلفه‌های اصلی جهت تشخیص خط مرزی رودخانه از روش‌های دیگر کاراتر است و در بین مؤلفه‌های اصلی، PC2 در سال 1989، PC1 در سال 2000، PC2 در سال 2004، PC2 در سال 2010، PC3 در سال 2014 کارایی بیشتری دارند. همچنین جهت تشخیص مسیر رودخانه - احتمالاً عمیق‌ترین قسمت رودخانه- روش نسبت‌گیری باندی مناسب است. به‌ طوری ‌که در سال‌های 1989، 2000، 2004‌، 2010 (تصاویر  ETM+ ماهواره­ی لندست 7) نسبت باند 5 به 1 و در سال 2014 (تصویر OLI ماهواره­ی لندست 8) نسبت باند 6 به 2 از سایر نسبت‌ها مناسب‌تر بوده است.

نتایج روش‌های مورد استفاده­ی این تحقیق برای بررسی تغییرات رودخانه، نشان‌دهنده­ی پتانسیل بسیار پایین رودخانه برای ایجاد تغییرات مورفولوژیک در بخش‌های مختلف است و دلیل آن کاهش بسیار محسوس دبی رودخانه از سال 2000 تا 2014 به علت ایجاد سد در بالادست رودخانه و آبگیری بسیار زیاد مزارع اطراف از رودخانه می‌باشد؛ به ‌طوری ‌که بستر رودخانه در سال‌های اخیر دارای باریکه­ی بسیار کم پهنای آب بوده و هرچه رودخانه به دریاچه­ی ارومیه نزدیک‌تر می‌شود، کاهش میزان دبی شدت بیشتری دارد. در ژئومورفولوژی رودخانه، مهم‌ترین عامل ایجاد تغییرات رودخانه‌ای دبی‌های سیلابی هستند که با احداث سد این دبی‌ها به شدت کاهش یافته و عامل ایجادکننده­ی تغییرات رودخانه‌ای از بین رفته است. از طرف دیگر دیوارکشی و حفاظت از حریم باغات اطرافرودخانه باعث به حداقل رسیدن میزان تغییرات در محدوده­ی مورد مطالعه شده است. ناپایداری مسیر رودخانه نیز در طی سال‌های مورد مطالعه به جز حذف یک پیچان‌رود از الگوی سال 1989 رودخانه، بسیار کم بوده است.



[1]- Ghoshal et al.,

[2]- Lane et al.,

[3]- Kessler et al.,

[4]- Cook

[5]- Doornkamp

[6]- Rinaldi

[7]- Lu

[8]- Kummu et al.,

[9]- Sarkar et al.,

[10]- Pan

[11]- Wheaton

[12]- Das and Saraf

[13]- Sarkar et al.,

[14]- Pan

[15]- Radiance

[16]- Reflectance

[17]- Chander et al.,

[18]- Wilson

[19]- Principle Component Analysis

[20]- Grass Berger

- ارشد، صالح؛ مرید، سعید و میرابوالقاسمی، هادی (1386)، «بررسی روند تغییرات مورفولوژیکی رودخانه‌ها با استفاده از سنجش ‌از دور (مطالعه­ی موردی: رودخانه­ی کارون از گتوند تا فارسیات)»، مجله­ علوم کشاورزی و منابع طبیعی، جلد چهاردهم، شماره­ ششم. صص 194-180.
- جعفربیگلو، منصور؛ باقری، سجاد؛ نگهبان، سعید و صفرراد، طاهر (1391)، «بررسی تغییرات بستر و ویژگی‌های ژئومورفولوژیکی رودخانه­ گیلان غرب در سال‌های 1344 تا 1388»، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، شماره­ 2، صص 87-102.
- حافظی مقدس، ناصر؛ سلوکی، حمیدرضا؛ جلیلوند، رضا و رهنما راد، جعفر (1391)، «مطالعه­ ژئومورفولوژی مهندسی رودخانه­ سیستان»، فصلنامه­ زمین‌شناسی کاربردی، شماره­ 1، صص 18-1.
- شریفی‌کیا، محمد و مال‌امیری، نعمت (1392)، «آشکارسازی تغییرات الگوی مکان رودخانه­ هیرمند و تحلیل مورفولوژیکی آن»، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، شماره­ 4، صص 149-160.
- علمی‌زاده، هیوا؛ ماه‌پیکر، امید و سعادتمند، مریم (1393)، «بررسی نظریه­ی فراکتال در ژئومورفولوژی رودخانه‌ای، (مطالعه­ موردی: زرینه‌رود)»، سال سوم، شماره­ 2، صص 141-130.
- علوی‌پناه، سیدکاظم (1390)، اصول سنجش از دور نوین و تفسیر تصاویر ماهواره‌ای و عکس‌های هوایی، چاپ دوم، انتشارات دانشگاه تهران.
- فاطمی، سیدباقر و رضائی، یوسف (1391)، مبانی سنجش از دور، چاپ سوم، انتشارات آزاده، تهران.
- محمدی استاد کلایه، امین؛ مساعدی، ابوالفضل و علاقمند، سینا (1385)، «بررسی اثرات سیل مرداد 1380 شرق گلستان بر مورفولوژی رودخانه­ی مادرسو»، مجله­ علوم کشاورزی و منابع طبیعی، جلد چهاردهم، شماره­ اول، ویژه‌نامه­ منابع طبیعی.
- مقصودی، مهران؛ شرفی، سیامک و مقامی، یاسر (1389)، «روند تغییرات مورفولوژیکی رودخانه­ی خرم‌آباد با استفاده از RS، GISو Auto Cad»، فصلنامه­ی مدرس علوم انسانی، شماره­ی 68، صص 294-275.
- یمانی، مجتبی؛ دولتی، جواد و زارعی، علیرضا (1389)، «تأثیرگذاری عوامل هیدروژئومورفیک در تغییرات زمانی و مکانی بخش میانی رودخانه­ اترک»، فصلنامه­ی تحقیقات جغرافیایی، شماره­ 99، صص 1-24.
- Chander, G.; Markham, B. & Helder, D. )2009(, “Summary of Current Radiometric Calibration Coefficients for Landsat MSS, TM, ETM+, and EO-1 ALI Sensors”, Remote Sensing of Environment, Vol. 113, pp. 893–903.
- Cook, R.U. & Doornkamp, J.C. (1990), Geomorphology in Environment Management, Second Edition, Clarendon Press, Oxford.
Grassberger, P. (1983), “On Efficient Box Counting Algorithms”. Int. J. Mod. Phys. C. 4, pp. 515–523.
- J.D. Das & A.K. Saraf (2007), “Remote Sensing in the Map-ping of the Brahmaputra/Jamuna River Channel Patterns and Its Relation to Various Landforms and Tectonic Environment, International Journal of Remote Sensing, Vol. 28, No. 16, pp. 3619-3631.
- Kessler, A.C.; Satish, C. & Melinda, K. (2013), “Assessment of River Bank Erosion in Southern Minnesota Rivers Post European Settlement, Geomorphology”, http://dx.doi.org/10.1016/j.geomorph.2013.07.006.
- L. Q. Li, X. X. Lu & Z. Chen (2007), “River Channel Change during the Last 50 Years in the Middle Yangtze River: An Example of the Jianli Reach”, Geomorphology, Vol. 85, No. 3-4, pp. 185-196.
- Lane, S.N.; Reid, S.C.; Westaway, R.M. and Hicks, D.M. (2004), Remotely Sensed Topographic data for River Channel Research: The Identification, Explanation and Management of Errors, In Spatial Modelling of the Terrestrial Environment; Kelly, R. E., Drake, N. A., Barr, S. L., Eds.; John Wiley & Sons, Ltd: West Sussex, UK, pp. 113-136.
- Kummu, M.; Lub, X. X.; Rasphonec, A.; Sarkkulad, J. and Koponen J. (2008), “Riverbank Changes along the Mekong River: Remote Sensing Detection in the Vientiane-Nong Khai Area”, Quaternary International, Vol. 186, No. 1, pp.1-18.
- Pan, S. (2013), “Application of Remote Sensing and GIS in Studying Changing River Course in Bankura District, West Bengal”, International Journal of Geometrics and Geosciences, Vol. 4, Issue 1, pp.149-163.
- Rinaldi, M. (2003), “Recent Channel Adjustments in Alluvial Rivers of Tuscany, Central Italy”, Earth Surface Processes and Landforms, Vol. 28, No. 6, pp. 587-608.
- Sarkar, A.; Garg, R. D. and Sharma, N. (2012), “RS-GIS Based Assessment of River Dynamics of Brahmaputra River in India”, Journal of Water Resource and Protection, Vol. 4, pp. 63-72.
- Subhajit Ghoshal, S.; Allan James, L.; Michael B. and Aalto, R. (2010), “Channel and Floodplain Change Analysis Over a 100-Year Period: Lower Yuba River, California”, Remote Sensing, Vol. 2, pp. 1797-1825; doi: 10.3390/rs2071797
- Surian, N. (1999), “Channel Changes Due to River Regulation: The Case of the Piave River, Italy”, Earth Surface Processes and Landforms, Vol. 24, No. 12, pp. 1135- 1151.
- Wheaton, J.M.; Brasington, J.; Darby, S. E.; Sear, D.A. (2009), Accounting for Uncertainty in DEMs from Repeat Topographic Surveys: Improved Sediment Budgets, ESPL, doi: 10.1002/esp.1886.
- Wilson, P.A. (1997), “Rule-based Classification of Water in Landsat MSS Image Using the Variance Filter”, J. American Society for Photogrammetry and Remote Sensing. Vol. 63, No. 5, pp. 485-491.