Investigating Factors Affecting Changes in Surface and Ground Water Resources Using Satellite Products (Case Study: Kabul-Afghanistan)

فصلنامه آب و توسعه پایدار

Article 3, Volume 11, Issue 1 - Serial Number 31, June 2024, Pages 13-24   

Document Type: Case Study

DOI: 10.22067/jwsd.v11i1.2312-1291

Authors

S.J. Hedayat¹; M. Ebrahimi-Khusfi^{* 2}; K. Omidvar³; M. Sharifi Paicoon⁴

¹MSc in Remote Sensing, Department of Geography, Yazd University, Yazd, Iran.

²Assistant Professor of Remote Sensing, Department of Geography, Yazd University, Yazd, Iran.

³Professor of Climatology and Meteorology, Department of Geography, Yazd University, Yazd, Iran.

⁴Assistant Professor of Geomorphology, Department of Geography, Yazd University, Yazd, Iran.

Abstract

Fresh water availability and its shortage is one of the most important issues in the world today that some countries are facing. In the last two decades, Kabul province, Afghanistan, has seen a decrease in water resources under the influence of natural and human factors. The purpose of this research is to use satellite data and remote sensing techniques to investigate changes in surface and underground water resources in Kabul province. For this purpose, the satellite data and products available in the Google Earth Engine in the period 2000 to 2022 and the climate data of ground stations in the period 2006 to 2021 have been used, which include: evaporation data- Transpiration, Enhanced Vegetation Index (EVI), Global Product of Surface Water Areas (JRC), GRACE data, OLS Satellite Night Images, Sentinel 2 Satellite Image, Landsat 7 Satellite Image, Temperature, Humidity and Rainfall Data. The change process of the used data was analyzed through the Mann-Kendall test and the significance level of these data was checked. The supervised classification method was used on the two mentioned images to calculate the area of vegetation, water area, residential areas, and barren lands. The obtained results show the reduction of underground water resources (significant reduction trend of GRACE satellite data) and the reduction of the surface water area changes in Kabul province, under the influence of natural and human factors, which among these factors can reduce He pointed out the amount of rainfall, increase in temperature, increase in evaporation-transpiration, increase in the level of vegetation and physical development of Kabul city and increase in the population using water resources.

Keywords

Remote Sensing; GRACE Satellite; Afghanistan; Google Earth Engine; Satellite Images

References

آزادمنش آزادزوی، محمد اسرافیل. (1400). تأثیرات اقلیم بالای آب‌‏های زیرزمینی شهر کابل. جلد اول. چاپ اول. انتشارات دانشگاه پروان. کابل، افغانستان.
ابراهیمی خوسفی، محسن. (1401). تحلیل تغییرات مساحت تالاب‏‌‏های هامون و سایر پهنه‏‌های آبی منطقه سیستان با استفاده از تصاویر ماهواره‏‌ای. مجله جغرافیا و توسعه، 71، 134-113.  Doi: 10.22111/GDIJ.2023.7598
اداره ملی احصائیه افغانستان. (1400). گزارش سرشماری نفوس در سال 1400. کابل، افغانستان.
اداره ملی ارگان‏های محلی افغانستان. (1396). گزارش معرفی ولایت کابل در سال 1396. کابل، افغانستان.
افضلی، آتیکه. و شاهدی، کاکا. (1393). بررسی روند تغییرات کمی و کیفی آب زیرزمینی دشت آمل-بابل. پژوهشنامه مدیریت حوضه آبخیز. 5(10)، 144-156. URL: http://jwmr.sanru.ac.ir/article-1-419-fa.html
سعیدی، فهیمه. (1400). بررسی امکان استخراج فاکتورهای فیزیکی-فضایی مبتنی بر تصویر برای تشخیص مناطق محروم و بهره‏‌مند. پایان‏نامه تحصیلی دوره کارشناسی ارشد، دانشگاه یزد، یزد، ایران.
عظیمی، محمدعظیم. (1391الف). درآمدی بر جغرافیای طبیعی افغانستان. جلد اول. انتشارات خراسان. چاپ دوم. کابل، افغانستان. 
عظیمی، محمد عظیم. (1391ب). جغرافیای انسانی افغانستان. جلد اول. انتشارات خراسان. چاپ اول. کابل، افغانستان.
عظیمی، سعید، اژدری مقدم، مهدی، و هاشمی منفرد، سید آرمان. (1396). ارزیابی پراکنش مکانی و ارتباط وقوع خشکسالی با کاهش کیفیت آب‌های زیرزمینی بر پایه شاخص‌های GRI در محیط GIS (مطالعه موردی: 609 دشت ایران). پژوهش‏های اقلیم‌شناسی، (29)، 73-89.  https://clima.irimo.ir/article_62692.html
عمادالدین، سمیه، شیدایی مجد، نسرین، و آرخی، صالح. (1399). بررسی تأثیر روند تغییرات کاربری اراضی روی افت تراز آب زیرزمینی (محدوده مطالعاتی: ماهیدشت کرمانشاه). مجله علمی پژوهشی مخاطرات طبیعی، 9(25)، 125-142. Doi: 10.22111/JNEH.2020.31698.1565
مسلمی، حمید، و درویشی، راحله. (1396). راهکارهای کاهش افت سطح آب‏های زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت لاور-استان هرمزگان). نشریه علمی ترویجی مدیریت اراضی، 5(2)، 135-125. https://doi.org/10.22092/lmj.2018.115868
Feyisa, G.L., Meilby, H., Fensholt, R., & Proud, S.R. (2014). Automated Water Extraction Index: A new technique for surface water mapping using Landsat imagery. Remote Sensing of Environment, 140, 23-35. https://doi.org/10.1016/j.rse.2013.08.029
Huete, A.R, Liu, H.Q, Batchily, K., & van Leeuwen, W. (1997). A comparison of vegetation indices over a global set of TM images for EOS-MODIS, Remote Sensing of Environment, 59(3), 440-451. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(96)00112-5 
Noori, K., & Nasimi, M. (2019). Kabul City Groundwater and Need for Artificial Recharge. 4th International Conference on Civil. Structural and Transportation Engineering (ICCSTE 19). Ottaw -Canada. DOI: 10.11159/iccste19.215
Pekel, J.-F., Cottam, A., Gorelick, N., & Belward, A.S. (2016). High-resolution mapping of global surface water and its long-term changes. Nature, 540, 418-422. https://doi.org/10.1038/nature20584 
Rateb, A., Scanlon, B., Pool, D., Sun, A., Zhang, Z., Chen, J., Clark, B., Faunt, C., Haugh, C., Hill, M., Hobza, C.,  McGuire, V., Reitz, M., Schmied, H., Sutanudjaja, E., Swenson, S., Wiese, D., Xia, Y., & Zell, W. (2020). Comparison of Groundwater Storage Change from GRACE Satellite with Monitoring and Modeling of Major U.S Aquifers, American Geophysical Union. Water resources research, 56(12), 1-19. https://doi.org/10.1029/2020WR027556
Salmi, T., Maata, A, Anttila, Pia, Ruoho-A., & Tuija. (2002). Detecting Trends of Annual Values of Atmospheric Pollutants by the Mann-Kendall Test and Sen's Solpe Estimates the Excel Template Application MAKESENS. Publications on Air Quality. No 31. Finnish Meteorological Institute. Helsinki, Finland.
Tamiminia, H., Salehi, B., Mahdianpari, M., Quackenbush, L., Adeli, S., & Brisco, B. (2020). Google Earth Engine for geo-big data applications: A meta-analysis and systematic review. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 164, 152-170. DOI: 10.1016/j.isprsjprs.2020.04.001
Thomas, J. M. (2018). Groundwater Availability in the Kabul Basin, Afghanistan, Springer Nature Singapore. In book: Groundwater of South Asia. (pp.23-35). DOI: 10.1007/978-981-10-3889-1_2