Journal of Watershed Management Research

fa اصلاح منحنی حجم-سطح-ارتفاع مخازن سدها با تلفیق سنجش از دور، منحنی هیپسومتریک و روش هرست Refinement of the Surface-Volume-Elevation Curve of Dam Reservoirs Using Remote Sensing and the Hypsometric Curve Method مديريت حوزه های آبخيز مديريت حوزه های آبخيز پژوهشي Research <div>چکیده مقدمه و  هدف : مخازن سدها نقش مهمی در تأمین آب شرب، آبیاری و کنترل سیلاب دارند و به همین دلیل پایش مستمر وضعیت هندسی و ظرفیت ذخیره آن‌ها ضروری است. رسوبگذاری تدریجی که معمولاً تحت تأثیر رخدادهایی مانند سیلاب‌ها و تغییرات رژیم هیدرولوژیکی اتفاق می‌افتد، موجب تغییر شکل مخزن و کاهش حجم ذخیره‌سازی می‌شود. هرچند روش‌های هیدروگرافی متداول ابزار مناسبی برای به‌روزرسانی منحنی حجم–سطح–ارتفاع هستند، اما اجرای آن‌ها هزینه‌بر، زمان‌بر و محدود به شرایط میدانی است. استفاده از داده‌های سنجش از دور در سال‌های اخیر به عنوان جایگزینی مقرون‌به‌صرفه برای پایش تغییرات مخازن مطرح شده است. در این پژوهش با هدف رفع محدودیت روابط خطی و چندجملهای برای پیشبینی دقیق نقاطی از منحنی سطح-ارتفاع مخزن که دادههای مشاهداتی بهدلیل عدم وقوع موجود نیستند، از ترسیم منحنی هیپسومتریک بهروش استرالر اصلاحشده استفاده شدهاست. بااستفاده از منحنی هیپسومتریک میتوان ظرفیت ذخیرهسازی مخزن بین سطوحآب متوالی را محاسبه کرد و حجمنهایی آب ذخیرهشده در آنرا بهدست آورد. با مقایسه حجم آب ذخیرهشده در زمان فعلی و ظرفیت ذخیرهسازی طراحیمخزن در زمان شروع بهرهبرداری، نرخ رسوبگذاری و عمرمفید مخزن سد نگارستان برآورد شدهاست. مواد و روشها: سد نگارستان (کبودوال)، بر روی رودخانهقرهسو (زرینگل) و در 45 کیلومتری شرق شهرگرگان در استانگلستان قرار دارد. . از این سد برای اهدافی مثل تأمین آبشرب شهرستان علیآباد و تأمین آب موردنیاز برای شبکه آبیاری کشاورزی قرهسو استفاده میشود. در این پژوهش، تصاویر ماهواره Landsat 8 تهیه و پس از پیش‌پردازش، پنج شاخص طیفی NDWIMcFeeters، NDWIGao، MNDWI،AWEISh و TCWet برای تفکیک مرز آب–خشکی محاسبه شد. با مقایسه دقت شاخص‌ها، شاخص MNDWI  به‌عنوان مناسب‌ترین گزینه برای استخراج سطح آب انتخاب گردید. سپس برای رفع محدودیت روابط خطی و چندجمله‌ای در بازسازی رابطه سطح–ارتفاع، منحنی هیپسومتریک مخزن با استفاده از نسخه اصلاح‌شده روش استرالر ترسیم و مقادیر سطح آب برای ترازهای مختلف استخراج شد. در ادامه با بهره‌گیری از رابطه منشوری، حجم آب بین ترازهای متوالی محاسبه و ظرفیت فعلی مخزن برآورد شد. یافتهها: بررسی شاخص‌های طیفی نشان داد که MNDWI با خطای کمتر از ۵ درصد، دقیق‌ترین شاخص برای تعیین سطح آب مخزن است. نتایج حاصل از مقایسه ظرفیت ذخیره فعلی و اولیه مخزن نشان می‌دهد که در دوره تقریباً ۹ ساله، حجم مخزن از حدود 19/24 میلیون مترمکعب به حدود 82/20 میلیون مترمکعب کاهش یافته است. این کاهش حجم معادل نرخ رسوبگذاری متوسط سالانه حدود 5/1 درصد است که تقریباً دو برابر میانگین جهانی مخازن مشابه گزارش‌شده توسط ICOLD است. همچنین تحلیل منحنی‌های حجمی نشان می‌دهد که تراز کف مخزن در اثر تجمع رسوبات به‌طور متوسط حدود 9 متر افزایش یافته است. نتیجهگیری: ترکیب روش هیپسومتریک اصلاح‌شده با داده‌های ماهواره‌ای امکان تخمین دقیق حجم ذخیره فعلی و تغییرات ناشی از رسوبگذاری را فراهم می‌کند. این روش با توجه به هزینه کم، سهولت دسترسی به داده‌ها و توانایی برونیابی ترازهای فاقد داده، گزینه‌ای مناسب برای پایش دوره‌ای مخازن محسوب می‌شود. بر اساس نتایج پژوهش، عمر مفید باقیمانده مخزن سد نگارستان، با فرض ثبات شرایط اقلیمی، حدود ۵3 سال برآورد می‌شود. کلماتکلیدی: سنجشازدور، ظرفیتذخیره، مخزن سد، نرخ رسوبگذاری، لندست 8 </div> Abstract Introduction and Objective: Reservoirs play a vital role in supplying drinking water, supporting agricultural demands, and mitigating floods. Consequently, continuous monitoring of their geometric characteristics and storage capacity is essential. Progressive sedimentation—often influenced by hydrological variations and flood events—alters the reservoir morphology and reduces its effective storage volume. Although hydrographic surveys can update the initial area–elevation–volume curve, such surveys are time-consuming, costly, and operationally demanding. Remote sensing has therefore emerged as a practical and economical alternative for tracking reservoir changes. Material and Methods: Negarestan Dam (Kabudval) is located on the Qara Su (Zarin Gol) river, and 45 km east of the city of Gorgan in the Golestan province. In this study, Landsat-8 satellite images were collected and pre-processed. Five spectral water indices (NDWI-McFeeters, NDWI-Gao, MNDWI, AWEIsh, and TCWet) were generated to delineate the water–land boundary. After validating their accuracy, MNDWI was selected as the most reliable index for extracting the water surface area. To address the limitations of linear and polynomial models in reconstructing the area–elevation relationship, a hypsometric curve was developed using the modified Strahler method. Surface areas corresponding to different water levels were obtained from this curve, and the prismoidal formula was then applied to compute the water volume between consecutive elevations and derive the current storage capacity of the Negarestan reservoir. Results: The evaluation of water indices showed that MNDWI provided the highest accuracy, with an error of less than 5%. A comparison between the current and initial capacities of the reservoir revealed that, over approximately nine years, its volume decreased from about 24.19 million m³ to around 20.85 million m³. This reduction corresponds to an average annual sedimentation rate of nearly 1.5%, which is almost twice the global average reported by ICOLD. The results also indicated that the average bed elevation of the reservoir has risen by roughly 9 meters due to sediment accumulation. Conclusion: Integrating the modified hypsometric approach with satellite observations offers a precise, low-cost, and rapid method for estimating current reservoir storage and assessing sedimentation impacts. This technique provides a practical tool for periodic monitoring and long-term management of dam reservoirs. Based on the findings and assuming constant climatic conditions, the remaining useful life of the Negarestan reservoir is estimated to be approximately 53 years.onsidering the increasing importance of water resources management, including dam reservoirs, in this study, a fast and inexpensive method based on remote sensing is used to calculate the volume of water stored in dam reservoirs and estimate the useful life. They were presented. In addition to the appropriate accuracy, this method was able to overcome the limitations of the previous methods in estimating the volume of accumulated sediment in the deep parts of the reservoir and can be used for the correct management of water resources.   تصاویر ماهواره‌ای, ظرفیت‌ذخیره, مخزن سد, حجم رسوب‌گذاری, شاخص‌های طیفی8 Satellite imagery, storage capacity, dam reservoir, sedimentation rate, Spectral indices 0 0 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-11-1020-3&slc_lang=fa&sid=1 Hamed Feiz Abady حامد فیض آبادی Hamedfz1370@gmail.com 100319475328460016143 100319475328460016143 No Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان Abdolreza Zahiri عبدالرضا ظهیری zahiri@gau.ac.ir 100319475328460016144 100319475328460016144 Yes Water Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان