مقايسه روش محاسبه خودكار نسبت تحويل رسوب حوزه آبخيز با روش سنتي در سامانه اطلاعات مكاني) مطالعه موردي: حوزه آبخيز يكه‌چنار – استان گلستان)

Comparison of Automatic Extraction of Sediment Delivery of Watershed and Traditional Method in Geographic Information System (Case Study: Yekechenar Watershed –Golestan Province)

تعيين ميزان رسوب‌دهي و مرزبندي حوزه­هاي آبخيز جزء اولين مراحل كاري در تحقيقات محيطي بخصوص در برآورد فرسايش آبي است. تعيين دقيق مرز در بررسي خصوصيات هيدرولوژي و مرفولوژي حوزه آبخيز مهم است. هدف اين تحقيق ارائه يك الگوي خودكار ترسيم دقيق مرز حوزه و محاسبه ميزان نسبت تحويل رسوب است. روش سنتي تعيين مرز حوزه و متعاقباً محاسبه نسبت تحويل رسوب به‌صورت دستي انجام مي­گيرد كه با استفاده از يك نقشه توپوگرافي، مرز حوزه آبخيز تعيين مي­گردد و طول آبراهه اصلي محاسبه مي­ شود. ولي امروزه با پيشرفت روش­هاي تحليل مكاني رقومي در نرم­افزارهاي سامانه اطلاعات مكاني، تعيين مرز آبخيز به روش رقومي خودكار امكان­پذير شده است، براي اين منظور، در ابتدا خطاهاي مدل ارتفاع رقومي برداشته مي‌شود. پس از محاسبه جهت جريان آبراهه و جريان تجمعي آن، مي‌توان مرز حوزه‌ها براساس يك نقطه خروجي تعيين نمود. نسبت تحويل رسوب براساس ارتفاع محلي، محيط حوزه و طول مسير جريان آب تعيين مي‌شود. در اين تحقيق به‌منظور طراحي مدل حوزه­بندي از داده مدل رقومي ارتفاعي ASTER و SRTM استفاده شد كه براي بررسي صحت كلي داده و انطباق آن با واقعيت زميني ، مرز حوزه براساس نقشه گوگل-مپ ترسيم شد؛ يافته‌هاي اين تحقيق نشان مي‌دهد محاسبه خودكار مرزبندي حوزه­هاي آبخيز و تعيين نسبت تحويل رسوب ازلحاظ آماري اختلاف معناداري با روش سنتي (دستي) ندارد. به‌طوري‌كه مرز حوزه­هاي آبخيز دقت كلي و ضريب كاپاي محاسبه‌شده بين داده­هاي واقعي (گوگل-مپ) با داده ASTER به ترتيب 93 درصد و 92/0 و براي حوزه­بندي مبتني بر SRTM به ترتيب 3/94 درصد و 94/0 است و ميزان همبستگي (r2) نسبت تحويل رسوب بين داده گوگل-مپ با داده مبتني بر SRTM 98/0 و با داده مبتني بر SRTM 95/0 است.

Determining the sediment delivery rate and watershed delineation is among the first stage in environmental research, especially in water erosion estimation. The determining the accurate boundary of watershed is important for the hydrological and morphologic characteristics of watersheds. The study aims to present an automatic extraction model of watershed delineation and calculate sediment delivery rate. The traditional method of determining the watershed delineation, and subsequently, calculating sediment delivery rate is performed manually that using a topographic map, the boundary of the watershed is determined and main flow length is calculated. However, nowadays due to the advancement of digital analytical spatial-based methods in GIS software, automatic delineation of watershed is feasible. For this purpose, the errors of digital elevation model are removed. After calculating the flow direction, and flow accumulation, watershed boundaries can be determined having pourpoints. Then, sediment delivery rate is calculated by local height of watershed, its perimeter, and flow length. In this research, the digital elevation models of ASTER-DEM and SRTM-DEM are utilized to design watershed delineation model and to evaluate the overall accuracy and the correspondence of them, so the border of watershed is delineated using Google map, which is used as a ground truth. The findings of this study show the automatic extraction of watershed boundary and calculation of sediment delivery rate do not have significant differences with traditional mothed. So that, the overall accuracy and Kappa index of the watershed boundary based on ASTER-DEM are 93 percent and 0.92, respectively, and their values for the watershed boundary based on SRTM-DEM are 94.3 percent and 0.94, respectively. The correlation coefficient (r2) of calculated sediment delivery rate based on SRTM-DEM is 0.98 and its value based on ASTER-DEM is 0.95.