برآورد نیاز آبی هامون‌ها با سطح مبنای برگرفته از پروداکت landsat در سکوی موتور گوگل ارث

مقدمهقرارگیری منطقه منحصر به فرد اکولوژیکی هامون در دشت سیستان، اهمیت محیط زیستی خاصی به آن بخشیده است و بر اساس کنوانسیون رامسر منطقه هامون به عنوان یک تالاب بین‌المللی از ارزش‌های اکولوژیکی خاصی برای جهانیان برخوردار است. با این وجود، نادیده گرفته شدن نیازهای اکولوژیک طبیعت منجر به این شده است برخی بوم‌سازگان‌های طبیعی آسیب‌های جدی دیده و در عین حال به کانون تولید گرد و غبار تبدیل شوند. نیاز به تعیین حداقل نیاز آبی بوم‌سازگان‌های آبی و تنظیم جریانات محیط زیستی، مورد توجه جهانی قرار گرفته و از چالش‌های مهم مدیریت آب و بوم‌سازگان‌های تالابی است. داده‌های ماهواره‌ای رایگان در دسترس، تغییرات بلندمدت آب‌های سطحی را نمایان ساخته، مدل‌سازی را بهبود بخشیده و اطلاع‌رسانی از تغییرات را جهت تصمیم‌گیری مدیریت آب مقدور نماید. استفاده از سکوی گوگل ارث انجین (gee)، نیاز به سرعت در پردازش و دسترسی به داده‌های متنوع را برطرف نموده است. استفاده از پروداکت لایه آب‌های سطحی جهان، با در اختیار گذاشتن باند انتقال و باند فصلی  که برآیند تغییرات پهنه‌های آبی از سال 1983 تا 2021 است، می‌تواند سطح مبنای مناسبی را جهت محاسبات نیاز آبی پهنه‌های آبگیر با صرف زمان و هزینه کمتر در اختیار قرار دهد. در این مطالعه سطح مبنای هامون‌ها با استفاده از پروداکت مذکور در سکوی گوگل ارث انجین استخراج شده و در نرم‌افزار آرک جی آی اس مورد تفسیر و استفاده قرار گرفت. در نهایت نیاز آبی هامون‌ها با استفاده از روش هیدرولوژیکی محاسبه شد.مواد و روش‌هادر منطقه سیستان واقع در شرق کشور ایران سه هامون اصلی به نام‌های پوزک، صابری و هیرمند قرار دارد. جهت برآورد حقابه مورد نیاز برای احیای تالاب، با استفاده از روش هیدرولوژیک بیلان آبی، تلفات آب در یک سال آبی از طریق بارش و دبی جبران خواهد شد. جهت برآورد الگوی آبگیری پهنه تالاب از پروداکت لایه آب‌های سطحی جهان، در محیط گوگل ارث انجین استفاده شد. با توجه به اینکه این پروداکت برگرفته از تغییرات پهنه‌های آبی میان سال‌های 1984 تا 2019 است، می‌تواند تالاب را بر اساس رفتار کلی هیدرولوژیک به خوبی پهنه‌بندی نماید. ابتدا با استفاده از باند انتقال، تغییرات پهنه آبی مورد بررسی قرار گرفت. سپس طبقات موجود در این باند با استفاده از باند فصلی مورد تفسیر قرار گرفتند. نقشه نهایی با ادغام طبقاتی که از رفتار مشابهی تبعیت می‌کردند، ایجاد شد. این نقشه به عنوان سطح مبنای برآورد نیاز آبی مورد استفاده قرار گرفت. جهت آشکارسازی روند آبگیری تالاب در فصل‌های مختلف سال، از هر طبقه تعدادی پلات استخراج شده و روند تغییرات شاخص ndwi طی پنج سال (ابتدای 2016 تا انتهای 2020)، پایش شد. سپس با استفاده از میانگین بلند مدت ماهیانه (پنجاه ساله) بارش و تبخیر و تعرق منطقه که به متوسط در فصل تبدیل شد، تلفات آبی و میزان دبی ورودی مورد نیاز جهت پایداری پهنه‌های آبگیر تالاب برآورد شد.نتایج و بحثمحدوده‌های دائمی به فصلی و دائمی از دست رفته در گذشته آب‌دار بوده و در حال حاضر میزان آب کمتری را دریافت می‌کنند. بنابراین جهت تامین حقابه می‌توانند در اولویت اول قرار گیرند. در عین حال محدوده فصلی  بیشترین حضور آب در طی سال را نشان می‌دهد و در نتیجه می‌تواند اولویت دوم را در تخصیص حقابه به خود اختصاص دهد. مساحت اولویت یک، 993.7 کیلومترمربع، مساحت اولویت دو، 871.8 کیلومترمربع و مساحت اولویت سه 1370.6 کیلومترمربع بوده است. بنابراین با ادغام طبقات مذکور نقشه سطح مبنای برآورد نیاز آبی هامون‌ها در منطقه مورد مطالعه به دست آمد. پس از محاسبه ndwi میانه شاخص برای هر پیکسل در روند 5 ساله برای هر یک از پهنه‌ها پایش شد، پایش تغییرات ndwi هر کدام از پهنه‌ها نشان می‌دهد بیشترین آبگیری پهنه هامون‌ها در سطح با اولویت 1 در بازه زمانی اپریل تا اگوست (فصل بهار و تابستان)، سطح با اولویت 2 در بازه زمانی فوریه تا ژوئن (فصل زمستان و بهار) و سطح با الویت سوم اغلب خشک و در بعضی از سال‌ها به ندرت در اپریل آب‌دار است (فصل بهار). در نتیجه نیاز آبی هامون ها با مساحت 3237 کیلومترمربع معادل 3804 میلیون مترمکعب در سال به دست آمده است.نتیجه‌گیری با استفاده از الگوی تعداد ماه‌های حضور آب در پهنه تالاب که از باند فصلی استخراج می‌شود، طبقات یازده گانه باند انتقال مورد تفسیر قرار گرفتند. با توجه به نتایج این پژوهش نیاز آبی هامون ها 3804.3 میلیون مترمکعب در سال با سطح مبنای 3237 کیلومترمربع بوده است. نتایج نشان می‌دهند الگوی رفتار بلند مدت آب در پهنه هامون‌ها حاکی از عدم وجود سطح آب‌دار دائمی در این بوم‌سازگان‌ها است. تغییرات رفتار آبگیری نمایانگر آب‌دار بودن پهنه‌ها در سه فصل بهار، تابستان و زمستان است. یافته‌های این پژوهش با استفاده از پروداکت gee و تغییر روند شاخص ndwi در طی زمان توانست به آشکارسازی سیستم  هیدرولوژیک این پهنه‌ها تا اندازه زیادی کمک نماید و منجر به برآورد واقع بینانه تر حقابه بوم‌سازگان شود. شاید بتوان بهترین مزیت این روش را در مقایسه با روش‌های سنتی استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، علاوه بر صرف زمان کمتر، دید جامع‌تر نسبت به تغییرات منحصر به فرد هر پهنه آبی به نسبت سایر پهنه‌ها دانست. در حقیقت استفاده از سری زمانی تغییرات کمک می‌کند برای هر پهنه آبی متناسب با طبیعت همان پهنه برنامه‌ریزی نمود و مانع از پیش داوری و تکرار یک الگوی ثابت خواهد شد. برآورد نیاز آبی به همراه توزیع فصلی آب، می‌تواند به مدیران و سیاست‌گذاران جهت مطالبه حقابه مورد نیاز هامون‌ها و افزایش بهره‌وری با مدیریت توزیع آب، کمک نماید.

estimating the water requirement of hamoons with the basis area derived from the landsat product on the google earth engine platform

introduction the location of the unique ecological area of ​​hamoon in the sistan plain has given it a special environmental importance, and according to the ramsar convention, the hamoon area as an international wetland has special ecological values ​​for the world. however, neglecting the ecological water requirement has led to some natural ecosystems being seriously damaged and at the same time turning into dust sources. the need to determine the minimum water requirement of aquatic ecosystems and the regulation of environmental flows has received global attention and is one of the important challenges of water management and wetland ecosystems. available free satellite data can reveal long-term surface water changes, improve modeling, and inform changes for water management decision-making. using of the google earth engine (gee) platform has solved the need for speed in processing and access to various data. the use of the world surface water layer product (jrc global surface water mapping layers), by providing the transition band and seasonality band which is the result of changes in water areas from 1983 to 2021, can provide a suitable base level. in order to calculate the water requirement, it should provide based areas with less time and cost. in this study, the base level of hamoons was extracted using the mentioned product in google earth engine and interpreted in arcgis software. finally, the water requirement of hamoons was calculated using the hydrological method.materials and methodsin the sistan region, located in the east of iran, there are three main hamoons named pozak, sabori and hirmand. in order to estimate the water required for wetland restoration, using the hydrological water balance method, the water losses in one year will be compensated through precipitation and discharge. in order to estimate the pattern of wetting of the wetland area, the global surface water layer product was used in the google earth engine environment. considering that this product is derived from the changes of water zones between 1984 and 2019, it can be zoning the wetland based on the hydrological trend. first, the changes of the aqueous zone were investigated using the transition band. then the classes in this band were interpreted using the seasonality band. the final map was created by merging the classes that followed the same behavior. in order to reveal the trend of the water body area of the wetland in different seasons, a number of plots were extracted from each class and the trend of the ndwi index was monitored over five years (from the beginning of 2016 to the end of 2020). then, using the monthly long-term average (fifty years) of precipitation, evaporation and transpiration of the area, which was converted into the seasonal average, the water losses and the amount of discharge required for the stability of the water body of the wetland were estimated.results and discussionthe permanent to seasonal and lost permanent classes were wet in the past and currently receive less water. therefore, they can be first priority. at the same time, the seasonal class shows the most presence of water during the year. as a result, it can be second priority. the first priority area is 993.7 square kilometers, the second priority area is 871.7 square kilometers, and the third priority area is 1370.6 square kilometers. therefore, by merging the above-mentioned classes, the base level map for the estimation of hamoon’s water requirement was obtained. after calculating the median of ndwi index for each pixel, the 5-year trend was monitored for each zone (class of each priority). the monitoring of ndwi changes in each of the zones shows that the surface with the first priority in the period of april to august (spring and summer) and the surface with the second priority in the period of february to june (winter and spring) is wet. the surface with the third priority is often dry and in some years it is rarely wet in april (spring season). as a result, the water requirement of hamoons with an area of ​​3237 square kilometers is equivalent to 3804 million cubic meters per year. conclusion: according to the results of this research, the water requirement of hamoon is 3804.3 million cubic meters per year with a base area of  ​3237 square kilometers.conclusionusing the pattern of the number of months of water presence in the wetland, which is extracted from the seasonality band, the eleven classes of the transition band were interpreted. as a result, it can be second priority. the results show that the pattern of long-term behavior of water in the hamoon area indicates the absence of a permanent water surface in these ecosystems. examining the trend of changes shows that the areas are wet in three seasons: spring, summer and winter. the results of this research, using the gee product and the change of the trend of ndwi index, could help reveal the hydrological system and lead to a more realistic estimate of the ecosystem’s water requirement. perhaps the best advantage of this method compared to the traditional types of using satellite images, in addition to spending less time, is a more comprehensive view of the unique changes of each water zone compared to other zones. in fact, using the time series of images helps to plan for each water area according to its nature and will prevent prejudice and repetition of a fixed pattern. estimating water requirement along with its seasonal distribution, can help managers and policy makers to demand the required amount of water and increase productivity by managing water distribution.