بررسی شاخص کیفیت آب (WQI) با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 8 و کاربرد مدل‌های تک‌متغیره و چندمتغیره در رودخانه سفیدرود در شمال ایران
یوسف پورحبیب 1 , ابراهیم فتائی 2 , فاطمه ناصحی 3 , بهنام خانیزاده 4 , حسین سعادتی 5
1 - گروه علوم و مهندسی محیط زیست، واحد اردبیل، دانشگاه آزاد اسلامی،اردبیل،ایران
2 - گروه محیط زیست، واحد اردبیل، دانشگاه آزاد اسلامی، اردبیل، ایران
3 - گروه علوم و مهندسی محیط زیست، واحد اردبیل، دانشگاه آزاد اسلامی،اردبیل،ایران
4 - گروه شیمی، واحد سراب، دانشگاه آزاد اسلامی،سراب،ایران
5 - گروه علوم و مهندسی محیط زیست، واحد اردبیل، دانشگاه آزاد اسلامی،اردبیل،ایران
کلید واژه: شاخص کیفیت آب (WQI), لندست 8, سفیدرود, رگرسیون خطی چندگانه,
چکیده مقاله :
در این پژوهش کیفیت آب رودخانه سفیدرود طی سالهای 2013-2018 با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 8 و همچنین 10 پارامتر کیفی شیمیاییی و فیزیکی شامل کلسیم (Ca2+)، پتاسیم (Na+)، منیزیم (Mg2+)، کلر (Cl-)، سولفات (SO4-2)، بی‌کربنات (HCO3-)، کل مواد محلول (TDS)، هدایت الکتریکی (EC)، سختی کل (TH) و اسیدیته آب (pH) در سه ایستگاه هیدرمتری مورد مطالعه قرار گرفت. شاخص کیفیت آب (WQI) شرب محاسبه گردید و ارتباط آن با باندها و نسبت‌های باندی ماهواره‌ای (28 پارامتر) با استفاده از مدل‌های رگرسیونی تک‌متغیره و چندمتغیره، مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج مدل رگرسیونی تک متغیره نشان داد که شاخص WQI با باند 5 و نسبت باند B4/B3 در سطح معنی‌داری 1 درصد به ترتیب با ضریب تبیین (R2) 55/0 و 51/0 دارای همبستگی خطی و توانی بود. اجرای مدل رگرسیون چندمتغیره خطی گام‌به‌گام WQI با تمامی باندها و نسبت‌های مورد مطالعه نشان داد که سه متغیر باند 5 و نسبت‌های باندی B4/B3 و B6/B5 با WQI، با R2 حدود 80/0 در سطح معنی‌داری 5 درصد، دارای همبستگی بودند. پس از تهیه نقشه تغییرات مکانی WQI با استفاده از مدل رگرسیون خطی چندمتغیره، نتایج حاکی از آن بود که کیفیت آب در سرشاخه‌های سفیدرود، یعنی رودخانه‌های‌های قزل‌اوزن و شاهرود نسبت به مناطق پایین‌دست و دریاچه سد منجیل، کمتر بود هرچند که کیفیت آب رودخانه‌های قزل‌اوزن و شاهرود ضعیف بود، ولی پس از ورد به سد سفید رود به کلاس آب خوب تبدیل شد. اما WQI آب خروجی از سد با عبور از اراضی کشاورزی، مناطق مسکونی و صنعتی حاشیه رودخانه تا رسیدن به دریای خزر به تدریج افزایش یافته و دارای کلاس آب ضعیف شده بود. به طور کلی نتایج تحقیق نشان داد که استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 8 و مدل رگرسیونی چند متغیره از توان بالایی برای پایش کیفیت آب برخوردار است.
In this research, the water quality of Sefidroud River during the years 2013-2018 using Landsat 8 satellite images as well as 10 qualitative chemical and physical parameters including Ca2+, Na+,Mg2+, (Cl-,SO4-2, HCO3-, TDS, EC, TH and pH were studied in three hydrometric stations. Drinking water quality index (WQI) was calculated and its relationship with satellite bands and band ratios (28 parameters) was analyzed using univariate and multivariate regression models. The results of the univariate regression model showed that the WQI index with band 5 and the ratio of band B4/B3 had a linear and power correlation at a significance level of 1% with coefficient of determination (R2) of 0.55 and 0.51, respectively. The implementation of the stepwise linear multivariate regression model of WQI with all the studied bands and ratios showed that the three band 5 variables and band ratios B4/B3 and B6/B5 were correlated with WQI, with an R2 of about 0.80 at a 5% significance level. After preparing the spatial changes map of WQI using multivariate linear regression model, the results indicated that the water quality in the head branches of Sefidroud, that is, the Qezaluzen and Shahroud rivers, was lower compared to the lower areas and Manjil Dam Lake, although the water quality of the Qezeluzen and Shahroud rivers was lower. Shahrood was weak, but after entering Manjil Dam, it became a good water class. However, the WQI of the water coming out of the dam had gradually increased by passing through the agricultural lands, residential and industrial areas along the river until it reached the Caspian Sea, and it had weakened water class. In general, the results of the research showed that the use of Landsat 8 satellite images and multivariable regression model has a high power for water quality monitoring.