استفاده از تصاویر ماهواره‌ای سنتینل برای بررسی سیل خرداد 1402 و شاخص‌های پوشش گیاهی در شهرستان‌های گرمی و انگوت

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار/گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، پژوهشکده مدیریت آب، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد بیابان‌زدایی، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کویرشناسی سمنان، سمنان، ایران

چکیده

هدف از پژوهش حاضر، پهنه‌بندی سیل ناشی از بارش‌های شدید و موسمی از ۴ تا ۳۰ خرداد ۱۴۰۲ و تحلیل تغییرپذیری زمانی و مکانی پوشش گیاهی در شهرستان‌های گرمی و انگوت، استان اردبیل است. با توجه به محدودیت تصاویر نوری در شرایط ابرناکی و بارش، در این پژوهش از تصاویر رادار با دیافراگم مصنوعی (SAR) ماهواره سنتینل-۱ در سامانه گوگل‌ارث‌انجین (GEE) استفاده شد تا مناطق سیل‌زده با دقت بالا شناسایی شوند. بدین‌منظور، سه بازه زمانی شامل دوره قبل سیل (12 فروردین تا 10 اردیبهشت 1402)، دوره حین سیل (8 تا 30 خرداد 1402) و دوره پس از سیل (29 تیر تا 29 مرداد 1402) در نظر گرفته شد. هم‌چنین، برای بررسی وضعیت پوشش گیاهی منطقه، از شاخص نرمال‌شده تفاوت پوشش گیاهی (NDVI) و شاخص پوشش گیاهی بهبود یافته (EVI) مستخرج از تصاویر سنتینل-2 استفاده شد که علاوه بر بازه‌های زمانی فوق برای افزایش دقت، یک بازه زمانی مرجع شامل 12 فروردین تا 10 اردیبهشت 1398 نیز در نظر گرفته شد. نتایج تفسیر تصاویر SAR نشان داد که حدود 83/185 کیلومتر مربع تحت تأثیر سیل قرار گرفته است که معادل 01/9 درصد از کل منطقه مورد مطالعه است. در دوره قبل از سیل، میانگین NDVI و EVI به‌ترتیب برابر با 25/0 و 18/0 بود که نشان‌دهنده کاهش قابل توجه پوشش گیاهی در مقایسه با سال مرجع است. این امر می‌تواند به دلیل تغییر کاربری اراضی، خشکسالی، تخریب تدریجی پوشش گیاهی یا سایر تنش‌های محیطی باشد. در زمان وقوع سیل، میانگین NDVI و EVI به‌ترتیب به مقدار 22/0 و 15/0 رسید. در دوره پس از سیل، کاهش شدیدتری در وضعیت پوشش گیاهی مشاهده شد. میانگین NDVI به 15/0 و EVI به 1/0 کاهش یافت و تنها حدود 2 درصد از منطقه دارای پوشش گیاهی سالم باقی ماند. نتایج نشان‌دهنده در معرض قرارگیری بخش عمده‌ای از دو شهرستان مورد مطالعه توسط سیل و نیز تخریب درصد قابل توجهی از پوشش گیاهی بوده است که تأکید بر لزوم مدیریت و برنامه‌ریزی اصولی برای افزایش تاب‌آوری بوم شناختی و اجتماعی توسط شبکه‌ای از سازمان‌های مرتبط با سیل از جمله آب منطقه‌ای، منابع طبیعی و آبخیزداری، جهاد کشاورزی، شهرداری و سایر دستگاه‌های اجرائی در استان دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
اصغری سراسکانرود، صیاد، اسفندیاری درآباد، فریبا، ملانوری، الهام و صفری، شیوا. (1401). بررسی رطوبت سطح خاک شهرستان اردبیل با استفاده داده‌های ماهواره‌ای لندست8 و سنتینل1، حفاظت منابع آب و خاک، 11(4)، 103-89. doi: 10.30495/WSRCJ.2022.20006
ایمانی، بهرام و پورخسروانی، محسن. (1396). تحلیل فضایی پهنه‌های مخاطره‌آمیز شهرستان اردبیل. جغرافیا و برنامه‌ریزی، 28(2)، 109- 128. doi: 10.22108/GEP.2017.98319.0
آقایاری، لیلا، اصغری سراسکانرود، صیاد و زینالی، بتول. (1403). شناسایی و پهنه‌بندی مناطق مستعد وقوع مخاطره سیلاب در شهرستان گرمی. جغرافیا و برنامه‌ریزی، doi: 10.22034/gp.2024.60493.3235
پیمان‌خواه، پیمان، عطارچی، سارا و محرمی، میثم. (1402). پایش سریع سیل با استفاده از تصاویر سنتینل 1 و لندست 8 (مطالعه موردی: رودخانه کشکان شهرستان پلدختر). نیوار، 47(122-123)، 82- 94. doi: 10.30467/NIVAR.2023.417413.1265
رحیمی، نفیسه و فرجی، عبدالله. (1404). تعیین پهنه‌ی سیلاب خرداد 1402 در استان اردبیل با داده‌های رادار SAR. نیوار، 49(128-129)، 34-45. doi: 10.30467/nivar.2024.457140.1290
سلیمانی، ساردو، فرشاد، رفیعی ساردویی، الهام، مصباح‌زاده، طیبه و آذره، علی. (1400). استفاده از تصاویر سنتینل1 جهت پایش خسارت سیلاب فروردین، جنوب استان کرمان براساس الگوریتم جنگل تصادفی. علوم و مهندسی آبخیزداری ایران، 15(53)، 23-32. doi: 20.1001.1.20089554.1400.15.53.4.8
شعبانی‌نیا، حسن، متولی، صدرالدین، جانباز قبادی، غلامرضا و حالدی، شهریار. (1399). برآورد مقادیر ارتفاع رواناب و دبی حداکثر سیلاب با استفاده از تلفیق مدل‌های اتومات سلولی و SCS (مطالعه موردی: حوضه آبخیز لاویج‌رود). مخاطرات محیط طبیعی، 9(24)، 79- 98. doi: 10.22111/JNEH.2020.29704.1515
عمادالدین، سمیه و محمدقاسمی، مسعود. (1400). پایش نقشه‌های گسترش سیلاب با استفاده از تصاویر راداری (SAR) (مطالعه موردی: سیل فروردین 1398، شهرستان آق‌قلا). پژوهش‌های تغییرات آب و هوایی، 2(6)، 79- 96. doi: 10.30488/ccr.2021.308697.1053
عینی، سعیده و سبحانی، بهروز. (1400). پایش خشک‌سالی طی دوره رشد پوشش مرتعی، استان اردبیل. تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 21(60)، 19-1. doi:10.52547/jgs.21.60.1
قهرمان، کاوه و زنگنه‌اسدی، محمدعلی. (1401). تعیین مناطق مستعد سیلاب با استفاده از تصاویر راداری، Sentinel-1 (مطالعه موردی، سیلاب فروردین 1398، رودخانه کشکان، استان لرستان). تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، 9(3)، 103- 118. dor: 20.1001.1.24237892.1401.9.3.7.7
گنجی، کامران، قره‌چلو، سعید و احمدی، احمد. (1399). استخراج پهنه‌های سیلابی با استفاده از نسبت‌گیری طیفی داده‌های ماهواره‌ای لندست 8 و سنتینل 2 (مطالعه موردی: سیل آق‌قلا). ترویج و توسعه آبخیزداری، 8(31)، 42- 53.
مرکز آمار ایران. (1395). سرشماری عمومی نفوس و مسکن استان اردبیل. https://amar.org.ir/population-and-housing-census
ورامش، سعید؛ محترم عنبران، سهراب و روح‌نواز، زهرا. (1401). ارزیابی و پایش روند گسترش فیزیکی سی ساله شهر اردبیل با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای. اطلاعات جغرافیایی «سپهر»، 31(123)، 153-139. doi:10.22131/sepehr.2022.699919
هوشیار، ساسان، دهباشی، وحید، محمدی، حمید، اسماعیل‌پورمقدم، هادی، سرگزی، علیرضا و کیخا، احمدعلی. (1404). اثر تغییرات اقلیم بر اقتصاد بخش کشاورزی ایران. مدیریت اکوسیستم‌های طبیعی، 3(4)، 49-40. doi: 10.22034/EMJ.2025.722981
 
 
References
Aghayary, L., Asghari Saraskanrood, S., & Zeinali, B. (2024). Identification and zoning of flood prone areas in Germi county. Journal of Geography and Planning, doi: 10.22034/gp.2024.60493.3235. [In Persian]
Alademomi, A. S., Okolie, C. J., Daramola, O. E., Agboola, R. O., & Salami, T. J. (2020). Assessing the relationship of LST, NDVI and EVI with land cover changes in the Lagos Lagoon environment. Quaestiones Geographicae, 39 (3), 87-109. doi:10.2478/quageo-2020-0025.
Argenti, F., Lapini, A., Bianchi, T., & Alparone, L. (2013). A tutorial on speckle reduction in synthetic aperture radar images. IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine, 1(3), 6-35. doi: 10.1109/MGRS.2013.2277512
Asghari Saraskanrod, S., Esfandayari Darabad, F., Mollanouri, F., Safary, Sh. (2022). Investigation of soil surface moisture in Ardabil City using Landsat 8 and Sentile 1 satellite data. Journal of Water and Soil Resources Conservation, 11(4), 89-103. doi: 10.30495/WSRCJ.2022.20006 [In Persian]
Azizi, E., Nikoo, M R., Mostafazadeh, R., & Hazbavi, Z. (2023). Flood vulnerability analysis using different aggregation frameworks across watersheds of Ardabil province, northwestern Iran. International Journal of Disaster Risk Reduction, 91(2). https://doi.org/10.1016/j.ijdrr.2023.103680
Borah, S.B., Sivasankar, T., Ramya, M.N.S., & Raju, P.L.N. (2018). Flood inundation mapping and monitoring in Kaziranga National Park, Assam using Sentinel-1 SAR data. Environmental Monitoring and Assessment, 190(9). doi:10.1007/s10661-018-6893-y
Clement, M.A., Kilsby, C.G., & Moore, P. (2018). Multi-temporal synthetic aperture radar flood mapping using change detection. Journal of Flood Risk Management, 11(2), https://doi.org/10.1111/jfr3.12303
Devries, B., Huang, C., Armston, J., Huang, W., Jones, J. W., & Lang, M. W. (2020). Rapid and robust monitoring of flood events using Sentinel-1 and Landsat data on the Google Earth Engine. Remote Sensing of Environment, 240, 111664. doi:10.1016/j.rse.2020.111664
Dodangeh, P., Ebadi, H., & Kayani, A. (2021). Identification of flood areas with time series statistical calculations based on combining radar and optical data. Ecohydrology, 639-623, (3)8. doi: 10.22059/IJE.2021.322145.1495
Eini S., & Sobhani, S. (2021). Drought monitoring during growth rangeland coverage, Ardabil Province. Journal of Applied Researches in Geographical Sciences, 21(60), 1-19. doi:10.52547/jgs.21.60.1 [In Persian]
Emadodin, S. and Mohammad Ghasemi, M. (2021). Monitoring of flood expansion maps using radar images (SAR) (Case study: Flood in March 2019, Aq Qala city). Climate Change Research, 2(6), 79-96. doi: 10.30488/ccr.2021.308697.1053. [In Persian]
Fortes, A.A.; Hashimoto, M.; Udo, K.(2025). Application of remote sensing floodplain vegetation data in a dynamic roughness distributed runoff model. Remote Sensing, 17, 1672. https://doi.org/10.3390/rs17101672
Ganji, K., Gharechelou, S., & Ahmadi, A. (2021). Flooding zone extracting using spectrum proportionality of Sentinel-2 and Landsat-8 Satellite Data (Case study: Aq’Qala County Flooding). Extension and Development of Watershed Management, 8(31), 42-53. [In Persian]
Ghahraman, K., & Zanganeh Asadi, M. (2022). Determination of flood-prone areas using Sentinel-1 Radar images (Case study: Flood on March 2019, Kashkan River, Lorestan Province). Journal of Spatial Analysis Environmental Hazards, 9(3), 103-118. dor: 20.1001.1.24237892.1401.9.3.7.7. [In Persian]
Hamidi, E., Peter, B., Munoz, D., Moftakhari, H., & Moradkhani, H. (2023). Fast flood extent monitoring with SAR change detection using Google Earth Engine. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 61:1–19. https://doi.org/ 10. 1109/ TGRS. 2023. 32400 97.
Hinojo-Hinojo, C., & Goulden, M. L. (2020). Plant traits help explain the tight relationship between vegetation indices and gross primary production. Remote Sensing. 12 (9), 1391-1405.
Houshyar, S., Dehbashi, V., Mohammadi, H., Esmahilpormogadam, H., Sargazi, A., & Keikha, A. (2025). The effect of climate change on the economy of Iran's agricultural sector. Management of Natural Ecosystems, 3(4), 40-49. doi: 10.22034/emj.2025.722981 [In Persian]
Imani, B., & Pourkhosravani, M. (2017). Spatial analysis of hazardous areas in Ardabil City. Geography and Environmental Planning, 28(2), 109-128. doi: 10.22108/gep.2017.98319.0. [In Persian]
IPCC (2023). Summary for Policymakers. In: Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, pp. 1-34, doi: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001
Lan, L., & Wang, X. (2025). Large-scale flood mapping using Sentinel-1 and Sentinel-2 imagery: Spatio-temporal analysis of the 23· 7 Haihe basin-wide extreme flood. Journal of Hydrology, 132777.
Lanfredi, M., Coppola, R., Simoniello, T., Coluzzi, R., Imbrenda, V., & Macchiato, M. (2015). Early identification of land degradation hotspots in complex bio-geographic regions. Remote Sensing, 7 (6), 8154-8179.
Liang, J., & Liu, D. (2020). A local thresholding approach to flood water delineation using Sentinel-1 SAR imagery. ISPRS J. Photogramm. Remote Sensing, 159(5), 53–62. DOI:10.1016/j.isprsjprs.2019.10.017
Lillesand, T., Kiefer, R.W., & Chipman, J. (2015). Remote sensing and image interpretation. 7th Edition, John Wiley & Sons.
Matsushita, B., Yang, W., Chen, J., Onda, Y., & Qiu, G. (2007). Sensitivity of the enhanced vegetation index (EVI) and normalized difference vegetation index (NDVI) to topographic effects: a case study in high-density cypress forest. Sensors, 7 (11), 2636-2651. doi:10.3390/s7112636.
Peng, w., Wang J., Zhang, j., and Zhang, y.( 2020). Soil moisture estimation in the transition zone from the Chengdu Plain region to the Longmen Mountains by field measurements and LANDSAT 8 OLI/TIRSderived indices. Arabian Journal of Geosciences, 1-15, https://doi.org/10.1007/s12517-020-5152-z
Peng, X., Chen, S., Miao, Z., Xu, Y., Ye, M., & Lu, P. (2025). Automatic flood monitoring method with SAR and optical data using Google Earth Engine. Water, 17, 177. doi:10.3390/w17020177
Petropoulos, G. P., Georgiadi, A., & Kalogeropoulos, K. (2024). Leveraging Sentinel-2 and Geographical Information Systems in Mapping Flooded Regions around the Sesia River, Piedmont, Italy. GeoHazards, 5(2), 485-503.
Peymankhah, P., Attarchi, S., & Moharrami, M. (2023). Rapid flood monitoring using Sentinel-1 and Landsat-8 images (Case study: Kashkan River, Poldakhter City). Nivar, 47(122-123), 82-94. doi: 10.30467/nivar.2023.417413.1265. [In Persian]
Rahimi, N., & Faraji, A. (2025). Determining the flood zone of Khordad 1402 in Ardabil province with SAR radar data. Nivar, 49(128-129), 34-45. doi: 10.30467/nivar.2024.457140.1290. [In Persian]
Rowland Eteh, D., Emeka Egobueze, F., Paaru, M., Otutu, A., & Osondu, I. (2024). The impact of dam management and rainfall patterns on flooding in the Niger Delta: using Sentinel‑1 SAR data, Discover Water, https://doi.org/10.1007/s43832-024-00185-8
Shabaniniah, H., Motevalli, S., Janbaz Ghobadi, G., & Khaledi, S. (2020). Estimating of runoff height and flood maximum discharge using Cellular Automata and SCS models, (Case Study: Lavijrood watershed). Journal of Natural Environmental Hazards, 9(24), 79-98. doi: 10.22111/jneh.2020.29704.1515. [In Persian]
Singh, G., & Singh Rawat, K. (2024). Mapping flooded areas utilizing Google Earth Engine and open SAR data: A comprehensive approach for disaster respons. Discover Geoscience, 2(5), doi:10.1007/s44288-024-00006-4.
Soleimani Sardoo, F., Rafiei Sarooi, E., Mesbahzadeh, T., & Azareh, A. (2021). Utilizing Sentinel 1 images for monitoring damage of flood event in March 2020, the South of Kerman Province based on random forest algorithm. Iranian Journal of Watershed Management Science and Engineering, 15 (53), 23-32. doi: 20.1001.1.20089554.1400.15.53.4.8. [In Persian]
Statistics Center of Iran. (2011). General census of population and housing of Ardabil province. https://amar.org.ir/population-and-housing-census. [In Persian]
Tarpanelli, A., Mondini, A. C., & Camici, S. (2022). Effectiveness of Sentinel-1 and Sentinel-2 for flood detection assessment in Europe. Natural Hazards and Earth System Sciences, 22(8), 2473-2489. doi:10.5194/nhess-22-2473-2022
Townsend, PA. (2002). Estimating forest structure in wetlands using multitemporal SAR. Remote Sensing of Environment, 79(2–3), 288–304. doi:10.1016/S0034-4257(01)00280-2
United Nations International Strategy for Disaster Reduction (UNISDR). Sendai framework for disaster risk reduction 2015–2030. United Nations, 2015.
Varamesh, S., Mohtaram Anbaran, S., & Rouhnavaz, Z. (2022). Evaluation and monitoring of the thirty-year physical expansion process of Ardabil city using satellite images. Scientific- Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 31(123), 139-153. doi: 10.22131/sepehr.2022.699919 [In Persian]
Wu, C., Peng, D., Soudani, K., Siebicke, L., Gough, C. M., Arain, M. A., Bohrer, G., Lafleur, P. M., Peichl, M., Gonsamo, A., Xu, S., Fang, B., & Ge, Q. (2017). Land surface phenology derived from normalized difference vegetation index (NDVI) at global FLUXNET sites. Agricultural and Forest Meteorology, 233, 171-182. doi: 10.1016/j.agrformet.2016.11.193
Yagüe-Martínez, N., Prats-Iraola, P., Gonzalez, F. R., Brcic, R., Shau, R., Geudtner, D., & Bamler, R. (2016). Interferometric processing of Sentinel-1 TOPS data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 54(4), 2220-2234. DOI: 10.1109/TGRS.2015.2497902
Zheng, G., Allen, S.K., Bao, A., Ballesteros-Cánovas, J.A., Huss, M., Zhang, G., Li, J., Yuan, Y., Jiang, L., & Yu, T. (2021). Increasing risk of glacial lake outburst floods from future third pole deglaciation. Nature Climate Change, 11, 411–417. doi: 10.1038/s41558-021-01028-3