سامان نیک مهر

امروزه به دلیل رشد جمعیت و رقابت بر سر مصرف آب در بخش‌های مختلف، پتانسیل آلودگی منابع آب‌ها به ویژه آب‌های سطحی بسیار بالاست. در نتیجه به منظور رصد و پایش پارامترهای کیفیت آب در شبکه رودخانه‌ها و آب‌های سطحی یک سیستم پایش همواره برقرار است. این کار نیاز به نمونه برداری در نقاط مختلف شبکه و آزمایش هریک از نمونه ها است که این امر مستلزم هزینه زیاد و زمان طولانی است. اما در سال های اخیر برای صرفه جویی در زمان و هزینه، از تکنیک سنجش از دور برای تخمین و پایش شبکه‌ی رودخانه ها و آب‌های سطحی به وفور استفاده می‌شود، که با این کار می توان با کمترین هزینه و در کمترین زمان و همچنین با دقت مناسب، پارامتر های کیفیت آب را در آن شبکه‌ی پایش در نقاط مختلف مورد سنجش قرار داد. برای این منظور، در این پژوهش با کمک ماهواره سنتینل-2 پارامتر‌های مربوط به کیفیت آب که شامل هدایت الکتریکی، اکسیژن محلول، PH، کل مواد جامد محلول و کدورت، در رودخانه‌ی BUFFALO که واقع در مرز بین کانادا و آمریکا قرار دارد طی بازه زمانی سال 2016 تا 2022 مورد بررسی قرار داده شد. ابتدا تصاویر ماهواره‌ای مربوط به رودخانه در سال‌های مورد نظر دانلود شده و تصحیحات لازم اعم از تصحیحات اتمسفری و هندسی بر روی آنها اعمال شد. سپس میزان بازتاب هر‌کدام از پارامترها ، برای هر یک از باند‌های این ماهواره با استفاده از نرم‌افزار SNAP و GIS استخراج شد و در ادامه به کمک مقادیر اندازه‌گیری شده میدانی همه‌ی پارامتر‌ها در ایستگاه‌های مختلف با استفاده از روش های رگرسیون مبنا از قبیل مدل رگرسیون خطی، مدل جنگل تصادفی، مدل GBT و مدل Lasso در سناریو های همراه با PCA و بدون PCA مدل سازی شدند. سپس با کمک گرفتن از شاخص‌های خطا از قبیل R-Square، MAE، NSE، RMSE، RRMSE و RE% مدل‌ها مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در سناریو بدون PCA پارامترهای PH در مدل Random Forest و اکسیژن محلول در مدل رگرسیون خطی بهترین عملکرد را داشته، به طوریکه شاخص‌های خطا برای پارامتر PH برابر با 711/0NSE=، 041/0MAE= ، 423/2 RRMSE= و برای پارامتر اکسیژن محلول برابر با 675/0R2=، 675/0NSE=، 326/12RRMSE= بودند. همچنین نتایج نشان داد که در سناریو همراه با PCA پارامترهای اکسیژن محلول در مدل رگرسیون خطی و PH در مدل GBT بهترین عملکرد را داشتند به طوریکه شاخص‌های خطا برای پارامتر اکسیژن محلول برابر با 723/0R2=، 394/1RMSE=، 436/11 RRMSE= و برای پارامتر PH برابر با 710/0R2=، 684/0NSE=، 532/2RRMSE= بود. همچنین در بین دو سناریو بدون PCA و همراه با PCA، بهترین سناریو مربوط به سناریو بدون PCA بوده و در بین همه ی مدل های رگرسیون مبنا، مدل رگرسیون خطی بهترین مدل بهترین عملکرد را داشته است. در نهایت با کمک مدل‌ها، روابط ریاضی برای تخمین و پایش پارامتر‌های کیفیت آب استخراج گردید.