Flood zoning and its impact on land use in the surrounding area using unmanned aerial vehicles (UAV) images and GIS
Subject Areas : Geospatial systems development
Khalil Valizadeh Kamran
1
(Assoc. Prof. Department of Remote Sensing and Geographical Information System, Faculty of Planning and Environmental Sciences, University of Tabriz)
Reza Delire Hasannia
2
(Assoc. Prof. Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture, University of Tabriz)
Khadije Azari Amghani
3
(MSc. Graduated of Remote Sensing and Geographical Information System, University of Tabriz)
Keywords: Flood zoning, Lighvan river, Landuse, Unmanned aerial vehicle (UAV) images,
Abstract :
Identification of flood zones is a basic step in flood risk management, and flood risk zoning provides a quantitative measure of flood risk, thereby enabling appropriate alerts to be provided in times of flood risk and facilitating rescue operations. The purpose of this study was to determine flood zoning using unmanned aerial vehicles (UAV) images and its impact on land use in the Lighvan river area, under the Ajai Chai Basin, southeast of Tabriz in East Azarbaijan province. The digital elevation model (DEM) with 70 cm accuracy was used for flood zoning. After converting the DEM to TIN for pre-processing, data were entered into HEC-GeoRAS software. And with TIN, three-dimensional UAV images were obtained and the height of profiles specified and hydraulic depth of the river extracted. After the pre-processing, the results entered in HEC-RAS software, so after the completion of flow specification and hydraulic data and entering capacity of flood discharges in return periods of 2, 5, 10, 25, 50, 100 and 200 years, flow model and water surface profile with return period obtained. Then the flood zones were combined with the land use map. The results showed that as the increase of return period the capacity increases too; flood zones increase, So that during the return period of 2, 5, 10, 25, 50,100 and 200 years 6.24, 6.31, 6.75, 7.80, 9.69, 10.36 and 11.44 hectares, respectively, were covered by flood cover and It was also found that floods, gardens, barren lands, and residential areas were more affected by floods, respectively.
امامی، ک.، ع. چاوشیان، م. برخوردار، ع. حیدری، ع. بهنیا، ع. ا. منتظر کلاته و م. ح. میرئی. 1379. راهنمای روش‌های غیر‌سازه‌ای مدیریت سیلاب. چاپ اول، تهران، انتشارات کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران و کمیته ملی کاهش اثرات بلایای طبیعی،336 صفحه.
بروشکه، ا.، ر. سکوتی، م. منتصری و ا. قهرمانی. 1385. بررسی پدیده سیل و پهنهبندی آن با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، هفتمین سمینار بین‌المللی مهندسی رودخانه، 24- 26 بهمن‌ماه، دانشگاه شهید چمران اهواز، 8 صفحه.
تقوایی ابریشمی، ع. 1385. پیش‌بینی و پهنهبندی سیلاب در حریم رودخانه‌ها، اصلی‌ترین مولفه طرح‌های مدیریت سیلاب و پیش‌بینی و هشدار و عملیات امداد و نجات، کارگاه فنی همزیستی با سیلاب، 25 مرداد، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان، 147-159.
تلوری، ع. 1376. مدیریت مهار سیلاب ( کاهش خسارت سیل)، کارگاه آموزشی- تخصصی مهار سیلاب رودخانه‌ها، مرکز اطلاعات علمی (مجازی)، 1(1): 96 -103.
حسین‌زاده، م. م.، س. متش بیرانوند و ا. حسینی‌اصل. 1392. شبیه‌سازی سیلاب رودخانه کشکان. مجله سنجش‌ازدور و GIS ایران، 5(1): 71-84.
جبلی‌فرد، س. و ح. احمدی. 1392. سیستم تحلیل رودخانه، چاپ اول، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیرکبیر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران، 632 صفحه.
خالقی، س.، ش. روستایی، ع. م. خورشید دوست، م .ح رضایی مقدم و م. ع. قربانی. 1393. بررسی نقش انسان در تغییرات مورفولوژی مجرای رودخانه لیقوان چای. نشریه فضای جغرافیایی، 16(55): 111-135.
خیری‌زاده اروق، م.، م. ح. رضایی مقدم، ر. دانش فراز، م. رورجبی. 1396. تحلیل مورفولوژیکی جانبی مجرای رودخانه زرینه‌رود با استفاده از مدل رزگن. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی .50(1):101-122.
رجبی، م. ح.، ط. رجایی و ع. فلاح تفتی. 1397. پهنهبندی سیلاب رودخانه چالوس با تلفیق مدلRAS-HEC و سیستم اطلاعات جغرافیایی. مجله انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، 11(2): 45-60.
رضایی پژند، ح. 1380. کاربرد آمار و احتمال در منابع آب. چاپ اول، انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی مشهد، 472 صفحه.
زینی وند، ح.، م. خ. ضیاتباراحمدی و ع. تلوری. 1385. پهنهبندی سیل با به‌کارگیری نرمافزار (HEC-RAS) در دشت سیلابی سیلاخور بروجرد. مجله منابع طبیعی ایران، 5(1):1-14.
سلحشوری، پ. و ع. ر. وفایی نژاد. 1391. پایش تغییرات سیلاب‌دشت‌های رودخانه براثر احداث سد مخزنی کرخه با استفاده از سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی. نشریه سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی (مجله کاربرد سنجش‌ازدور و GIS در علوم منابع طبیعی)، 3(3): 85 – 100.
سیاه کمری، ص. و ح. زینی‌وند. 1395. پتانسیل‌یابی مناطق مستعد سیل با استفاده از مدل شاخص آماری و وزن شواهد (مطالعه موردی: حوزه آبخیز مادرسو، گلستان). نشریه سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی،7(4): 116-133.
شیخ علیشاهی، ن.، ع. ا. جمالی و م. حسن‌زاده نفوتی. 1395. پهنهبندی سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی رودخانه (مطالعه موردی: حوزه آبریز منشاد- استان یزد). نشریه فضای جغرافیایی، 16(53): 77-96.
علیزاده، ا.1382. هیدرولوژی کاربردی، چاپ شانزدهم، انتشارات دانشگاه امام رضا (ع) مشهد، 808 صفحه.
نسرین‌نژاد، ن.، ک. رنگزن، ن. کلانتری و ع. صابری. 1393. پهنهبندی پتانسیل سیل‌خیزی حوزه آبریز باغان با استفاده از روش سلسله مراتبی فازی (FAHP). نشریه سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 5(4): 15-34.
ولیزاده کامران، خ. 1386. کاربرد GIS در پهنه بندی خطر سیلاب (مطالعه موردی: حوضه رود لیقوان). مجله فضای جغرافیایی، 20(7): 153- 170.
Cevik E, Topal T. 2003. GIS-based landslide susceptibility mapping for a problematic segment of the natural gas pipeline, Hendek (Turkey). Environmental geology, 44(8): 949-962.
Cook KL. 2017. An evaluation of the effectiveness of low-cost UAVs and structure from motion for geomorphic change detection. Geomorphology, 278: 195-208.
Fernández D, Lutz M. 2010. Urban flood hazard zoning in Tucumán Province, Argentina, using GIS and multicriteria decision analysis. Engineering Geology, 111(1-4): 90-98.
Flener C, Vaaja M, Jaakkola A, Krooks A, Kaartinen H, Kukko A, Kasvi E, Hyyppä H, Hyyppä J, Alho P. 2013. Seamless mapping of river channels at high resolution using mobile LiDAR and UAV-photography. Remote Sensing, 5(12): 6382-6407.
Fujita I, Notoya Y, Shimono M. 2015. Development of UAV-based river surface velocity measurement by STIV based on high-accurate image stabilization techniques. In: E-proceedings of the 36th IAHR World Congress, 28 June – 3 July, The Hague, the Netherlands, 7 p.
Gichamo TZ, Popescu I, Jonoski A, Solomatine D. 2012. River cross-section extraction from the ASTER global DEM for flood modeling. Environmental Modelling & Software, 31: 37-46.
Jain SK, Kumar S, Varghese J. 2001. Estimation of soil erosion for a Himalayan watershed using GIS technique. Water Resources Management, 15(1): 41-54.
Matthew P. 2011. Derivation of river bathymetry using imagery from unmanned aerial vehicles (UAV). Naval Postgraduate School Monterey ca dept of Oceanography, 178 p.
Polo J, Hornero G, Duijneveld C, Garcia A, Casas O. 2015. Design of a low-cost wireless sensor network with UAV mobile node for agricultural applications. Computers and Electronics in Agriculture, 119: 19-32.
Sieberth T, Wackrow R, Chandler JH. 2016. Automatic detection of blurred images in UAV image sets. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 122: 1-16.
Tamminga A, Hugenholtz C, Eaton B, Lapointe M. 2015. Hyperspatial remote sensing of channel reach morphology and hydraulic fish habitat using an unmanned aerial vehicle (UAV): A first assessment in the context of river research and management. River Research and Applications, 31(3): 379-391.
Watanabe Y, Kawahara Y. 2016. UAV photogrammetry for monitoring changes in river topography and vegetation. Procedia Engineering, 154: 317-325.
_||_امامی، ک.، ع. چاوشیان، م. برخوردار، ع. حیدری، ع. بهنیا، ع. ا. منتظر کلاته و م. ح. میرئی. 1379. راهنمای روش‌های غیر‌سازه‌ای مدیریت سیلاب. چاپ اول، تهران، انتشارات کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران و کمیته ملی کاهش اثرات بلایای طبیعی،336 صفحه.
بروشکه، ا.، ر. سکوتی، م. منتصری و ا. قهرمانی. 1385. بررسی پدیده سیل و پهنهبندی آن با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، هفتمین سمینار بین‌المللی مهندسی رودخانه، 24- 26 بهمن‌ماه، دانشگاه شهید چمران اهواز، 8 صفحه.
تقوایی ابریشمی، ع. 1385. پیش‌بینی و پهنهبندی سیلاب در حریم رودخانه‌ها، اصلی‌ترین مولفه طرح‌های مدیریت سیلاب و پیش‌بینی و هشدار و عملیات امداد و نجات، کارگاه فنی همزیستی با سیلاب، 25 مرداد، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان، 147-159.
تلوری، ع. 1376. مدیریت مهار سیلاب ( کاهش خسارت سیل)، کارگاه آموزشی- تخصصی مهار سیلاب رودخانه‌ها، مرکز اطلاعات علمی (مجازی)، 1(1): 96 -103.
حسین‌زاده، م. م.، س. متش بیرانوند و ا. حسینی‌اصل. 1392. شبیه‌سازی سیلاب رودخانه کشکان. مجله سنجش‌ازدور و GIS ایران، 5(1): 71-84.
جبلی‌فرد، س. و ح. احمدی. 1392. سیستم تحلیل رودخانه، چاپ اول، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی امیرکبیر، دانشگاه صنعتی امیرکبیر تهران، 632 صفحه.
خالقی، س.، ش. روستایی، ع. م. خورشید دوست، م .ح رضایی مقدم و م. ع. قربانی. 1393. بررسی نقش انسان در تغییرات مورفولوژی مجرای رودخانه لیقوان چای. نشریه فضای جغرافیایی، 16(55): 111-135.
خیری‌زاده اروق، م.، م. ح. رضایی مقدم، ر. دانش فراز، م. رورجبی. 1396. تحلیل مورفولوژیکی جانبی مجرای رودخانه زرینه‌رود با استفاده از مدل رزگن. پژوهش‌های جغرافیای طبیعی .50(1):101-122.
رجبی، م. ح.، ط. رجایی و ع. فلاح تفتی. 1397. پهنهبندی سیلاب رودخانه چالوس با تلفیق مدلRAS-HEC و سیستم اطلاعات جغرافیایی. مجله انجمن زمین‌شناسی مهندسی ایران، 11(2): 45-60.
رضایی پژند، ح. 1380. کاربرد آمار و احتمال در منابع آب. چاپ اول، انتشارات دانشگاه آزاد اسلامی مشهد، 472 صفحه.
زینی وند، ح.، م. خ. ضیاتباراحمدی و ع. تلوری. 1385. پهنهبندی سیل با به‌کارگیری نرمافزار (HEC-RAS) در دشت سیلابی سیلاخور بروجرد. مجله منابع طبیعی ایران، 5(1):1-14.
سلحشوری، پ. و ع. ر. وفایی نژاد. 1391. پایش تغییرات سیلاب‌دشت‌های رودخانه براثر احداث سد مخزنی کرخه با استفاده از سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی. نشریه سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی (مجله کاربرد سنجش‌ازدور و GIS در علوم منابع طبیعی)، 3(3): 85 – 100.
سیاه کمری، ص. و ح. زینی‌وند. 1395. پتانسیل‌یابی مناطق مستعد سیل با استفاده از مدل شاخص آماری و وزن شواهد (مطالعه موردی: حوزه آبخیز مادرسو، گلستان). نشریه سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی،7(4): 116-133.
شیخ علیشاهی، ن.، ع. ا. جمالی و م. حسن‌زاده نفوتی. 1395. پهنهبندی سیل با استفاده از مدل هیدرولیکی رودخانه (مطالعه موردی: حوزه آبریز منشاد- استان یزد). نشریه فضای جغرافیایی، 16(53): 77-96.
علیزاده، ا.1382. هیدرولوژی کاربردی، چاپ شانزدهم، انتشارات دانشگاه امام رضا (ع) مشهد، 808 صفحه.
نسرین‌نژاد، ن.، ک. رنگزن، ن. کلانتری و ع. صابری. 1393. پهنهبندی پتانسیل سیل‌خیزی حوزه آبریز باغان با استفاده از روش سلسله مراتبی فازی (FAHP). نشریه سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 5(4): 15-34.
ولیزاده کامران، خ. 1386. کاربرد GIS در پهنه بندی خطر سیلاب (مطالعه موردی: حوضه رود لیقوان). مجله فضای جغرافیایی، 20(7): 153- 170.
Cevik E, Topal T. 2003. GIS-based landslide susceptibility mapping for a problematic segment of the natural gas pipeline, Hendek (Turkey). Environmental geology, 44(8): 949-962.
Cook KL. 2017. An evaluation of the effectiveness of low-cost UAVs and structure from motion for geomorphic change detection. Geomorphology, 278: 195-208.
Fernández D, Lutz M. 2010. Urban flood hazard zoning in Tucumán Province, Argentina, using GIS and multicriteria decision analysis. Engineering Geology, 111(1-4): 90-98.
Flener C, Vaaja M, Jaakkola A, Krooks A, Kaartinen H, Kukko A, Kasvi E, Hyyppä H, Hyyppä J, Alho P. 2013. Seamless mapping of river channels at high resolution using mobile LiDAR and UAV-photography. Remote Sensing, 5(12): 6382-6407.
Fujita I, Notoya Y, Shimono M. 2015. Development of UAV-based river surface velocity measurement by STIV based on high-accurate image stabilization techniques. In: E-proceedings of the 36th IAHR World Congress, 28 June – 3 July, The Hague, the Netherlands, 7 p.
Gichamo TZ, Popescu I, Jonoski A, Solomatine D. 2012. River cross-section extraction from the ASTER global DEM for flood modeling. Environmental Modelling & Software, 31: 37-46.
Jain SK, Kumar S, Varghese J. 2001. Estimation of soil erosion for a Himalayan watershed using GIS technique. Water Resources Management, 15(1): 41-54.
Matthew P. 2011. Derivation of river bathymetry using imagery from unmanned aerial vehicles (UAV). Naval Postgraduate School Monterey ca dept of Oceanography, 178 p.
Polo J, Hornero G, Duijneveld C, Garcia A, Casas O. 2015. Design of a low-cost wireless sensor network with UAV mobile node for agricultural applications. Computers and Electronics in Agriculture, 119: 19-32.
Sieberth T, Wackrow R, Chandler JH. 2016. Automatic detection of blurred images in UAV image sets. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 122: 1-16.
Tamminga A, Hugenholtz C, Eaton B, Lapointe M. 2015. Hyperspatial remote sensing of channel reach morphology and hydraulic fish habitat using an unmanned aerial vehicle (UAV): A first assessment in the context of river research and management. River Research and Applications, 31(3): 379-391.
Watanabe Y, Kawahara Y. 2016. UAV photogrammetry for monitoring changes in river topography and vegetation. Procedia Engineering, 154: 317-325.