Journal of Watershed Management Research

fa همبستگی تغییرات سطح آبی تالاب شادگان با شیوع ریزگرد با استفاده از سنجش از دور The Correlation Between the Changing Shadegan Wetland Extent and Dust Emission using Remote Sensing Techniques مديريت حوزه های آبخيز مديريت حوزه های آبخيز پژوهشي Research <div style="text-align: justify;">چکیده مبسوط مقدمه و هدف: تالاب‌ها به&lrm;عنوان یکی از محیط‌های طبیعی حائز اهمیت بالا در اکوسیستم محسوب می‌شوند. این مناطق زیستی غنی از گیاهان و موجودات آبزی حاوی تنوع بیولوژیکی فراوانی هستند که از زیستگاه‌های حیاتی در اکوسیستم‌ها به&lrm;شمار می‌روند. تالاب شادگان یکی از مهم‌ترین تالاب&lrm;های ایران است که اکوسیستم آبی غنی و محیط &lrm;زیست حیاتی آن اهمیت بسیاری در حفاظت از تنوع زیستی و تأمین منابع آبی دارد. اما متاسفانه در چند سال اخیر با خشکی مواجه شده &lrm;است. حوضه&lrm; آبخیز نقش بسیار مهمی در تامین و توزیع منابع آبی تالاب‌ها دارد و به حفظ تعادل اکوسیستم‌ها و کنترل سیلاب و خشک&lrm;سالی کمک می‌کند. همچنین، مدیریت صحیح حوضه&lrm; آبخیز می‌تواند منجر به بهبود کیفیت آب و حفظ تنوع زیستی در تالاب‌ها شود. در سال&lrm; های اخیر، مسئله شیوع ریزگرد یکی از معضلات اساسی در استان خوزستان بوده است و از طرفی، تالاب &lrm;های این استان به&lrm;دلیل فشار بر منابع آب بالادست نوسانات زیادی را تجربه می&lrm;کنند. لذا، درک ارتباط بین نوسانات سطح این تالاب و شیوع ریزگردها اهمیت زیادی در حفظ منابع طبیعی و همچنین سلامت مردم و توسعه پایدار در منطقه دارد. مواد و روش&lrm;ها: در این پژوهش، ارتباط بین تغییرات سطح آبی تالاب شادگان و شیوع گردوغبار بررسی شده&lrm; است. برای این منظور، از ماهواره مودیس برای رخدادهای گرد و غباری و پایش سطح آبی تالاب (2010-2023) و از ماهواره سنتینل 2 برای بررسی سطح آبی تالاب شادگان (2017-2023) با استفاده از شاخص&lrm;های NDWI و MNDWI استفاده شد. ارتباط سطح آبی تالاب با رخداد گرد و غباری (Event-Dust) بررسی شد. همچنین، با استفاده از داده&lrm;های واقعی ایستگاه شادگان، مقدار شاخص کیفیت هوا (AQI)، آلاینده&lrm;های PM2.5 و PM10 تعداد روزهای با شاخص ناسالم (شاخص کیفیت هوا بیشتر از 100) مشخص شدند و ارتباط آن با سطح آبی تالاب شادگان به‌&lrm;صورت ماهانه بررسی شد. برای بررسی ارتباط بین وسعت تالاب و طوفان‌های گرد و غبار، از ضریب همبستگی پیرسون (r) و ارتباط بین سطح تالاب‌ها و افزایش پدیده گرد و غبار، از آزمون همبستگی رتبه‌ای کندال (Kendall's Tau rank correlation test) استفاده شد. یافته&lrm;ها: بررسی شاخص NDWI نشان داد که تالاب شادگان در سال های 2018، 2019، 2021 و 2022 به کمترین میزان خود رسید. همچنین، شاخص MNDWI نشان داد که کمترین سطح آبی تالاب در سال&lrm;های 2018، 2019، 2021 و 2023 رخ داد و قسمت&lrm;های غربی، جنوب&lrm; غربی و جنوب تالاب کاملا از بین رفته&lrm; است. نقشه رویداد گرد و غباری نشان داد که در اطراف تالاب شادگان بیش از 20 رویداد گرد و غباری در سال&lrm;های مختلف اتفاق می&lrm;افتد. ضرایب همبستگی بین رویدادهای گرد و غبار و وسعت تالاب شادگان ۹۰/۰- به&lrm;دست &lrm;آمد. همبستگی رتبۀ کندال تاو نیز نشان می&lrm;دهد که با کاهش سطح آبی تالاب شادگان رخدادهای گرد و غباری افزایش معنادار می&lrm;یابد. نتایج حاصل از تحلیل داده‌ها نشان می‌دهند که شاخص NDWI همبستگی کمتری نسبت به شاخص MNDWI با داده&lrm;های آلودگی گرد و غباری (PM2.5 و PM10) نشان می&lrm;دهد. همبستگی تعداد روزهای ناسالم هر ماه از نظر آلاینده&lrm; های PM10 و PM2.5 با شاخص NDWI نشان می&lrm;دهد که ارتباط این دو متغیر معنی &lrm;دار است (P-Value = 0.0001) و ضریب همبستگی این داده &lrm;ها با تعداد روزهای آلوده در ماه از نظر PM2.5 در اکثر ماه&lrm;ها بیشتر از 77/0- است، که نشان&lrm; دهنده همبستگی بالا بین آنها است. با کاهش سطح آبی تالاب، شاخص PM2.5 افزایش می&lrm;یابد و با توجه به همبستگی شاخص NDWI با تعداد روزهای آلوده در ماه از نظر PM10 (71/0-(R = ، می&lrm;توان نتیجه گرفت که کاهش سطح آبی تالاب تاثیر بیشتری بر افزایش شاخص PM2.5 دارد. همچنین، نتایج شاخص MNDWI با تعداد روزهای آلوده در ماه شاخص&lrm;های PM2.5  و PM10 نشان می&lrm;دهند که ارتباط بین شاخص MNDWI با PM2.5 بهتر از PM10 است، به&lrm; طوری که ضریب تعیین (R2) نشان می‌دهد که 72% از تغییرات در تعداد روزهای آلوده به PM2.5 توسط سطح آبی تالاب توضیح داده می‌شود. به &lrm;عبارت دیگر، معادله رگرسیون توانسته است حدود 72% از واریانس تعداد روزهای آلوده را توجیه کند. ضریب همبستگی پیرسون (84/0-) نیز نشان می‌دهد که ارتباط بین تعداد روزهای آلوده به PM2.5 و شاخص MNDWI بسیار قوی است و این ارتباط به‌&lrm;صورت معکوس است، یعنی با افزایش سطح آبی تالاب (افزایش شاخص MNDWI)، تعداد روزهای با آلودگی ذرات کمتر از 5/2 میکرون کاهش می‌یابد. بنابراین، نتایج آنالیز نشان می‌دهند که تعداد روزهای آلوده به PM2.5 تأثیر قابل توجهی بر شاخص MNDWI تالاب شادگان دارد و با کاهش سطح آبی تالاب، آلودگی گرد و غباری PM2.5 نسبت به PM10 افزایش می‌یابد. نتیجه&lrm;گیری: نتایج نشان می‌دهند که افزایش سطح آبی تالاب شادگان منجربه کاهش آلودگی گرد و غباری منطقه و تعداد روزهای آلوده به PM2.5 و PM10 می&lrm;شود. این یافته‌ها بر اهمیت حفاظت و بازیابی تالاب‌ها به&lrm;منظور کاهش آلودگی هوا و بهبود شرایط زیست&lrm; محیطی منطقه تأکید می‌کنند. افزایش سطح آبی تالاب شادگان به کاهش تعداد روزهای آلوده و بهبود کیفیت زندگی ساکنین مناطق اطراف منجر می&lrm;شود. لذا، هرگونه توسعه مبتنی &lrm;بر کاهش سطح آبی تالاب شادگان ناپایدار است و در درازمدت سلامت مردم اطراف را با خطر جدی همراه می&lrm; سازد. </div> Extended Abstract Background: Wetlands are considered highly important natural environments in global ecosystem systems. These biologically rich areas contain abundant biodiversity and are known as the "green lungs" of the Earth. Wetlands, as water-rich environments abundant in aquatic plants and aquatic mammals, are vital habitats in ecosystems. The Shadegan Wetland is one of the most important natural resources in Iran, which holds great significance in conserving biodiversity and providing essential environmental habitats. However, it has faced drought in recent years. Watershed management and wetland conservation are crucial and necessary. Watersheds play a significant role in the supply and distribution of water resources, as well as in maintaining ecosystem balance and controlling floods and droughts. Furthermore, proper watershed management can lead to improved water quality and preservation of biodiversity in wetlands. Considering the importance of the Shadegan Wetland as one of Iran's most vital natural resources, the management of its watershed is highly important and fundamental. Important measures in this regard include the construction of small dams and soil bunds for surface water storage, improved water resource management, reduced excessive consumption, and the cultivation of drought-resistant native plants. These actions not only contribute to the conservation and restoration of the Shadegan Wetland but also improve the environmental conditions of the region and enhance the quality of life for local residents. Methods: The relationship between changes in the area of the Shadegan Wetland and the prevalence of dust storms was examined in this research. For this purpose, the MODIS satellite was used to monitor dust storm events and the wetland area (2010-2023), and the Sentinel-2 satellite was used to assess the surface area of the Shadegan Wetland (2017-2023) using NDWI and MNDWI indices. The correlation between the wetland surface area and dust storm events (Event-Dust) was investigated in this study. Furthermore, the Air Quality Index (AQI) values for PM2.5 and PM10 pollutants were determined using real data from the Shadegan station, and the number of days with unhealthy air quality (AQI greater than 100) was identified, examining its relationship with the monthly reduction in the surface area of the Shadegan Wetland. Pearson’s correlation coefficient (r) was used to examine the relationship between the wetland extent and dust storms, and Kendall's Tau rank correlation test was used to analyze the correlation between the reduction in the wetland areas and the increase in dust storm events. Results: The analysis of the NDWI index revealed that the Shadegan Wetland reached its minimum extent in the years 2018, 2019, 2021, and 2022. Similarly, the MNDWI index indicated that the smallest wetland area occurred in the years 2018, 2019, 2021, and 2023, with the western, southwestern, and southern parts of the wetland completely disappearing. The dust storm event map showed that more than 20 dust storm events occurred around the Shadegan Wetland in different years. The correlation coefficients between dust storm events and the Shadegan Wetland extent were found to be -0.90, indicating a significant negative correlation. Kendall's Tau rank correlation also demonstrated a significant increase in dust storm events with the reduction in the wetland area. The results obtained from the data analysis indicate that the NDWI index exhibits a lower correlation with dust pollution data (PM2.5 and PM10) than the MNDWI index. The correlation between the number of unhealthy days per month regarding PM10 and PM2.5 pollutants and the NDWI index showed a significant relationship (P-Value = 0.0001), with correlation coefficients greater than -0.77 in most months. This indicates a high correlation between them, where the reduction in the wetland area leads to an increase in the PM2.5 index. Furthermore, considering the correlation between the NDWI index and the number of polluted days per month for PM10 (Pearson’s correlation coefficient and a coefficient of determination of 0.71), it can be concluded that the reduction in the wetland area has a stronger impact on the increase in the PM2.5 index and is negatively associated with wetland areas. Moreover, the results of the MNDWI index with the number of polluted days per month for PM2.5 and PM10 indices show that the correlation between the MNDWI index and PM2.5 is better than PM10, with a coefficient of determination (R2), indicating that 72% of the variations in the number of PM2.5 polluted days can be explained by the wetland area. In other words, the regression equation was able to account for about 72% of the variance in the number of polluted days. The Pearson correlation coefficient (-0.84) also indicates a strong inverse relationship between the number of PM2.5-polluted days and the MNDWI index, meaning that the number of days with particles less than 2.5 microns in size decreases with an increase in the wetland area (an increase in the MNDWI index). Therefore, the analysis results demonstrate that the number of PM2.5 polluted days is significantly influenced by the MNDWI index of the Shadegan Wetland, and PM2.5 dust pollution increases compared to PM10 with the reduction in the wetland area. Conclusion: The results indicate that the increased area of the Shadegan Wetland may lead to a reduction in air pollution and the number of days polluted by PM2.5 and PM10. These findings emphasize the importance of conserving and restoring wetlands to reduce air pollution and improve the environmental conditions of the region. Increasing the area of the Shadegan Wetland can potentially decrease the number of polluted days and improve the quality of life for residents in the surrounding areas. Additionally, watershed management and the preservation of the Shadegan Wetland are crucial. Watersheds play a vital role in water resource supply and distribution, maintaining ecosystem balance, controlling floods and droughts, and improving water quality. Furthermore, it is essential to preserve wetlands as vital habitats for aquatic animals and plants.   آلودگی هوا, خشکی تالاب, سنتینل-2, MNDWI, PM10 و PM2.5 Air pollution, MNDWI, PM10 and PM2.5, Sentinel-2, Shrinking Wetland 162 176 http://jwmr.sanru.ac.ir/browse.php?a_code=A-11-1292-6&slc_lang=fa&sid=1 Alireza Yousefi Kebriya علیرضا یوسفی کبریا alirezau3fikrbriya@gmail.com 100319475328460015443 100319475328460015443 No Department of Water Engineering and Agricultural Meteorology, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه مهندسی آب، هواشناسی کشاورزی، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Mehdi Nadi مهدی نادی mehdi.nadi@gmail.com 100319475328460015444 100319475328460015444 Yes Department of Water Engineering and Agricultural Meteorology, Faculty of Agricultural Engineering, Sari Agricultural Sciences and Natural Resources University, Sari, Iran گروه مهندسی آب، هواشناسی کشاورزی، دانشکده مهندسی زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران Ebadat Ghanbari Parmehr عبادت قنبری پرمهر parmehr@nit.ac.ir 100319475328460015445 100319475328460015445 No Department of Remote Sensing, Faculty of Surveying Engineering, Noshirvani Babol University of Technology, Babol, Iran گروه سنجش از دور، دانشکده نقشه برداری، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران Zhongchang Sun ژونگ چانگ سان sunzc@aircas.ac.cn 100319475328460015446 100319475328460015446 No International Research Center for Big Data for Sustainable Development Goals, Beijing, China مرکز تحقیقات بین المللی داده ها ی بزرگ برای اهداف توسعه پایدار، پکن، چین