تهیه نقشه گسترش سیلاب با استفاده از تصاویر راداری سنتینل 1. مطالعه موردی: سیل فروردین 1398، شهرستان پلدختر

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسنده

استادیار دانشگاه ارومیه

10.30488/gps.2020.226387.3224

چکیده

سیل یکی از مخاطرات محیطی شایع و گسترده در سطح جهان به شمار می­رود. بسته به شدت بارندگی­ها و سایر عوامل مؤثر در وقوع سیلاب، ممکن است موجب وارد آمدن خسارت­های شدید جانی و مالی برای افراد درگیر با آن شود. در این پژوهش به بررسی تصاویری راداری سنتینل 1 و کاربرد آنها در تهیه نقشۀ گسترش سیلاب در امتداد رودخانه کشکان، شهرستان پلدختر، پرداخته شده است. هدف پژوهش حاضر تولید نقشه­ای­ است که از تصاویر راداری (SAR)، استخراج شده و محدودۀ گسترش سیلاب فروردین 1398 در شهرستان پلدختر را نشان می­دهد. روش اصلی به کار گرفته شده در تحقیق حاضر، روش آستانه گذاری اتسو است و داده‌های اصلی پژوهش تصاویر ماهواره سنتینل یک قبل و بعد از وقوع سیلاب و همچنین تصاویر ماهواره سنتینل 2 است. ابتدا پیش­پردازش­ها و تصحیحات لازم روی تصاویر مختلف صورت گرفت. پهنۀ رودخانه کشکان با استفاده از شاخص­ آبی NDWI استخراج گردید. این تصویر به عنوان تصویر مرجع استفاده شد، سپس تصاویر قبل و بعد از سیلاب با استفاده از روش آستانه­گذاری اُتسو تحلیل گردید و در نهایت محدودۀ­ سیلاب از طریق طبقه­بندی تصاویر استخراج شد؛ به این منظور از نرم­افزارهای SNAP و ArcGIS استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد در محدودۀ مورد مطالعه، 99/7 کیلومترمربع از اطراف رودخانه در اثر سیل فروردین 1398 به زیر آب رفته است؛ همچنین گسترش سیلاب در مسیرهای مئاندری رودخانه، نشان­دهندۀ تغییرات ژئومورفولوژیک شدید این بخش­هاست. پیشنهاد می­شود با توجه شرایط رودخانه، از تجاوز به حریم رودخانه جلوگیری و عملیات بهسازی بستر آن به خصوص در محل مئاندرها اقدام شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Flood extent area mapping using sentinel 1 SAR image (a case study: the flood of Poledokhtar, march 1398)

نویسنده [English]

  • Vahid Mohamad Nejhad
چکیده [English]

Flood is one of the most widespread and common natural hazards in the world. Depending on the severity of the rains and other factors affecting the flood, it can cause severe personal and financial damage to human. In this paper, Sentinel-1 Synthetic Aperture Radar images and their application in flood spreading mapping along the Kashan River, Poledekhtar County, have been investigated. The purpose of this research is to produce a map that is extracted from the SAR images (sentinel 1), showing the extent of Kaskan river flooding in beginning of year 1398. The main data of the paper are Sentinel 1 (SAR), satellite images before (2019/03/28) and after (2019/04/03), the flood as well as Sentinel 2 satellite images. For this purpose, pre-processing and correction of different images were performed first. The Kashkan River Area was extracted using the NDWI Water Index from sentinel 2 image (2019/05/05). This image was used as a reference image. Then before and after the flood images were analyzed using Utso thresholding method and finally the flood area was extracted through image classification. SNAP and ArcGIS software were used for this purpose. Results show that in the study area, 7.99 km2 of the river banks has been submerged due to the April 1389 flooding. Also Radar image data can be used for flood surveillance because of imaging in all weather conditions, and the areas involved in flooding can be extracted from these images in the shortest possible time. It can also achieve detailed observations of 10m resolution for water extent using Sentinel-1 SAR imagery at an interval of several days (depending on latitude with a 5 or 6-day revisit and 12-day same orbit revisit time at the equator) to be used in future planning.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Flooding
  • SAR images
  • Sentinel 1
  • Kashkan River
  • Poledokhtar
  1. احمدزاده، مریم. هیوا علمی زاده و علی دادالهی. 1399. پیشبینی تغییرات هندسی پیچانرودهای رودخانه زهره، آمایش جغرافیایی فضا، سال دهم، شماره 36، صص: 53-62.
  2. امیدوار، کمال. آمنه کیانفر. 1389. پهنه­بندی پتانسیل سیل خیزی رودخانه بالخوچای، پژوهش­های جفرافیای طبیعی، شماره 72، صص، 73-90.
  3. تراهی، علی­اصغر. حسن سنی مقدم. 1398. نعیین گسترۀ سیل با استفاده از داده­های سنجنده OLI (مطالعۀ موردی: سیل سال 1395 دزفول)، مجله محیط زیست و مهندسی آب، شماره 5، صص، 24-35.
  4. جهان­بخشی، فرشید. احسان زاهدی و علی طالبی. 1395. مکان یابی مناطق مستعد پخش سیلاب با استفاده از منطق فازی و فرایند تحلیل شبکه­ای ANO، مطالعۀ موردی دشت مشهد، نشریه علوم آب و خاک، شماره 77، صص، ۱۸۵-۱۹۶.
  5. حسین­زاده، محمدمهدی. سعیده بیرانوند و ایمن حسینی اصل و حسن صدوق. 1392. شبیه سازی سیلاب رودخانه کشکان، مجلۀ سنجش از دور و GIS ایران، شماره 1، صص: 71-84.
  6. خلیقی، شهرام. محمد مهدوی و بهرام ثقفیان. 1384. بررسی اثر تغییر کاربری اراضی بر سیل خیزی با استفاده از مدل NRCS، مطالعۀ موردی حوضه باراندوزچای آذربایجان غربی، مجله منابع طبیعی ایران، شماره 4، صص، 733-742.
  7. رجبی، معصومه. حسن عایدی و شهرام لطفی و حسن بهادری. 1395. پهنه­بندی سیل­خیزی در حوضۀ آبـریز آذرشهر چای با استفاده از مدل تحلیل شبکه ANP، دومین کنگره بین المللی علوم زمین و توسعۀ شهری، تبریز، شرکت کیان طرح دانش، پژوهشکده جهاد دانشگاهی واحد استان آذربایجان شرقی.
  8. سلیمانی، فرشاد. سعید سلطانی و خلای سلاجقه. 1392. انتخاب شاخص سیل­خیزی مناسب با استفاده از مدل بارش ـ رواناب HES – HMS و تکنیک­های GIS و RS (مطالعۀ موردی: حوضۀ سد جیرفت، پژوهشنامۀ مدیریت حوزۀ آبخیز، شماره 8، صص، 90-105.
  9. شاه­حسینی، رضا. عبدالرضا صفری و سعید همایونی. 1397. پایش و برآورد خسارات ناشی از سیل به کمک آشکارسازی تغییرات شیگراء و تلفیق تصاویر راداری و نوری، نشریه علوم و فنون نقشه­برداری، شماره 1، صص، 239-257.
  10. غفاری، گلاله. امینی، عطاءاله. 1389. مدیریت سیلاب با استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیای GIS مطالعۀ موردی قزل­اوزون چای، شماره 32، صص.134-117.
  11. قنواتی، عزت­اله. فریدون بابایی اقدم و طاهر همتی و مسعود رحیمی. 1394. پهنه بندی پتانسیل سیل با استفاده از مدل منطق فازی در محیط GIS مطالعه موردی خیاوچای مشکین شهر، شماره 3، صص 135-121.
  12. کاظمی، آفاق. محمدحسین رضایی مقدم و محمدرضا نیکجو و اسدالله حجازی و سعید خضری. 1395. پهنه‌بندی و مدیریت مخاطرات سیلاب در رودخــانــــه سیمینه رود با استفاده از مدل هیدرولیکی HEC-RAS، مدیریت مخاطرات محیطی (دانش مخاطرات سابق) شماره 4، صص 393-379.
  13. کیا، احمد. شهریار خالدی و غلامرضا جانباز. 1399. تعیین عوامل مؤثر در پتــانسیل سیل خیزی منـــاطـق همگن هیدرولوژیک. مطالعۀ موردی: حوضه‌های آبخیز سه هزار و دوهزار (چشمه کیله) تنکابـن، آمایش جغرافیایی فضا، سال دهم، شماره 38، صص: 235-258.
  14. موسوی، محمد. شهرام روستایی و هاشم رستم‌زاده. 1397. ارزیابی منطقه­ای مخاطره سیل در مقیاس زیرحوضه با استفاده از سنجش از دور و مدل منطق فازی (مطالعۀ موردی: حوضۀ آبخیز مرند)، مجلۀ اکوهیدرولوژی، شماره 3، صص، 829-841.
  15. نگهبان، سعید. سیده معصومه موسوی و سعید رخشانی­مقدم و سیدمحسن حسین­زاده. 1395. ارزیابی و پهنه­بندی خطر سیل­خیزی با استفاده از منطق فازیTOPSIS در محیط GIS (مطالعۀ موردی حوضۀ آبخیز شهر باغملک) ، شماره 10،صص 98-79.
  16. یوردخانی، محمد. سعید قره­چلو و غلامرضا شوبیری. 1396. مدیریت سیلاب با استفاده از تصاویر ماهواره­ای و سامانۀ اطلاعات مکانی (مطالعه موردی: منطقه پاکدشت)، شانزدهمین کنفرانس هیدرولیک ایران، دانشکدۀ فنی و مهندسی دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل.
  17. Akter, A., Tanim, A.H., and Islam, M.K. 2020. Possibilities of urban flood reduction through distributed-scale rainwater harvesting. Water Science and Engineering.
  18. Ban, Y., Jacob, A. and Gamba, P. 2015. Spaceborne SAR data for global urban mapping at 30 m resolution using a robust urban extractor. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 103: 28-37.
  19. Bates, P.D. 2004. Remote sensing and flood inundation modelling. Hydrol. Process. 18 (13): 2593–2597.
  20. Brakenridge, R., and Anderson, E. 2006. MODIS-based flood detection, mapping and measurement: the potential for operational hydrological applications. In Transboundary floods: reducing risks through flood management. Springer, Dordrecht, pp. 1–12.
  21. Carroll, M.L., Townshend, J.R., DiMiceli, C.M., Noojipady, P., Sohlberg, R.A. 2009. A new global raster water mask at 250 m resolution. Int. J. Digit. Earth. 2 (4), 291–308.
  22. Dasgupta, A., Grimaldi, S., Ramsankaran, R.A.A.J., Pauwels, V.R., and Walker, J.P. 2018. Towards operational SAR-based flood mapping using neuro-fuzzy texture-based approaches. Remote Sensing of Environment, 215, 313-329.
  23. Eppink, F.V., Van Den Bergh, J.C., and Rietveld, P. 2004. Modelling biodiversity and land use: Urban growth, agriculture and nature in a wetland area. Ecol. Econ. 51, 201–216.
  24. Feng, Y., Brenner, C., and Sester, M. 2020. Flood severity mapping from Volunteered Geographic Information by interpreting water level from images containing people: a case study of Hurricane Harvey. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 169, 301-319.
  25. Gessner, M.O., Hinkelmann, R., Nützmann, G., Jekel, M., Singer, G., Lewandowski, J., Nehls, T., and Barjenbruch, M. 2014. Urban water interfaces. J. Hydrol. 514, 226–232.
  26. Gleason, C.J., Smith, L.C., and Lee, J. 2014. Retrieval of river discharge solely from satellite imagery and at-many-stations hydraulic geometry: Sensitivity to river form and optimization Water Resour. Res. 50 (12): 9604–9619.
  27. Grimaldi, S., Xu, J., Li, Y., Pauwels, V.R., and Walker, J.P. 2020. Flood mapping under vegetation using single SAR acquisitions. Remote Sensing of Environment, 237, 111582.
  28. Hermas, E., Gaber, A., and El Bastawesy, M. 2020. Application of remote sensing and GIS for assessing and proposing mitigation measures in flood-affected urban areas, Egypt. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science.
  29. Huang, Q., Long, D., Du, M., Zeng, C., Qiao, G., Li, X., and Hong, Y. 2018a. Discharge estimation in high-mountain regions with improved methods using multisource remote sensing: A case study of the Upper Brahmaputra River. Remote Sens. Environ. 219: 115–134.
  30. Khan, S.I., Hong, Y., Wang, J., Yilmaz, K.K., Gourley, J.J., Adler, R.F., and Irwin, D. 2011. Satellite remote sensing and hydrologic modeling for flood inundation mapping in Lake Victoria basin: Implications for hydrologic prediction in ungauged basins. IEEE Geosci. Remote Sens. 49 (1): 85–95.
  31. Klemas, V. 2015. Remote sensing of floods and flood-prone areas: an overview. Journal of Coastal Research, 31(4): 1005-1013.
  32. Matgen, P., Schumann, G., Henry, J.B., Hoffmann, L. and Pfister, L. 2007. Integration of SAR-derived river inundation areas, high-precision topographic data and a river flow model toward near real-time flood management. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 9(3): 247-263.
  33. Moel, H.D., Alphen, J.V., and Aerts, J.C.J.H. 2009. Flood maps in Europe-methods, availability and use. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 9, 289–301.
  34. Ologunorisa, T.E., and Abawua, M.J. 2005. Flood risk assessment: A review. J. Appl. Sci. Eniron. Manag, 9, 57–63.
  35. Paul, S.H., and Sharif, H.O. 1960–2016. Analysis of Damage Caused by Hydrometeorological Disasters in Texas, Res. 31: 1005–1013.
  36. Revellino, P., Guerriero, L., Mascellaro, N., Fiorillo, F., Grelle, G., Ruzza, G. and Guadagno, F.M. 2019. Multiple Effects of Intense Meteorological Events in the Benevento Province, Southern Italy. Water, 11(8): 1560.
  37. Ruzza, G., Guerriero, L., Grelle, G., Guadagno, F.M. and Revellino, P. 2019. Multi-Method Tracking of Monsoon Floods Using Sentinel-1 Imagery. Water, 11(11): 1-17.
  38. Schlaffer, S., Matgen, P., Hollaus, M. and Wagner, W. 2015. Flood detection from multi-temporal SAR data using harmonic analysis and change detection. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 38: 15-24.
  39. Schumann, G., Di Baldassarre, G., Alsdorf, D., and Bates, P.D. 2010. Near real-time flood wave approximation on large rivers from space: application to the River Po. Italy. Water Res. Res. 46 (5).
  40. Shen, X., Wang, D., Mao, K., Anagnostou, E. and Hong, Y. 2019. Inundation extent mapping by synthetic aperture radar: a review. Remote Sensing, 11(7): 1-17.
  41. Tsyganskaya, V., Martinis, S., Marzahn, P. and Ludwig, R. 2018. Detection of temporary flooded vegetation using Sentinel-1 time series data. Remote Sensing, 10(8): 1-23.
  42. Viala, E. 2008. Water for food, water for life a comprehensive assessment of water management in Agriculture. springer
  43. Vilches, J.P. 2013. March. Detection of Areas Affected by Flooding River using SAR images. In Seminar: Master in Space Applications for Emergency Early Warning and Response (p. 40).
  44. Vishnu, C.L., Sajinkumar, K.S., Oommen, T., Coffman, R.A., Thrivikramji, K.P., Rani, V.R., and Keerthy, S. 2019. Satellite-based assessment of the August 2018 flood in parts of Kerala, India. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 10(1): 758-767.
  45. Zhang, X., Fichot, C.G., Baracco, C., Guo, R., Neugebauer, S., Bengtsson, Z., ... and Fagherazzi, S. 2020. Determining the drivers of suspended sediment dynamics in tidal marsh-influenced estuaries using high-resolution ocean color remote sensing. Remote Sensing of Environment, 240: 111682.