Su kalitesi parametreleri ve spektral yansıma değerleri arasındaki ilişkinin modellenmesinde istatistiksel analizler

Su, yaşamın sürdürülebilmesi için gerekli olan en önemli doğal kaynaklardan biridir. Günümüzde, yoğun nüfus artışı, aşırı ve bilinçsiz tüketim, hızlı ve plansız kentleşme, sanayileşme, kimyasal gübreler ve kuraklık gibi etmenler su miktarının azalmasına ve su kalitesinin düşmesine neden olmaktadır. Bu nedenle su kalitesinin zaman içerisindeki değişikliklerin analiz edilmesi, izlenmesi ve değerlendirilmesi ve kirletici unsurların belirlenmesi önemlidir. Bu çalışmada, çoklu doğrusal regresyon, polinom regresyonu ve yanıt yüzey regresyonu yöntemleri kullanılarak su kalitesi parametrelerinin analizi, analizin matematiksel olarak ortaya konulması ve bunu araştıracak algoritmaların geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla askıda katı madde, klorofil-a, çözünmüş oksijen, secchi disk derinliği, toplam çözünmüş madde ve pH su kalitesi parametrelerinin analizinde Göktürk-2, Sentinel-2A ve Landsat-8 OLI uydu görüntülerinin spektral yansıma değerleri kullanılmıştır. Su kalitesi parametrelerinin analizi için uydu görüntülerindeki spektral bantların tüm kombinasyonları ile matematiksel modeller oluşturulmuştur. Tüm verilerin ve oluşturulan modellerinin gerçekleştirilmesi için Matlab tabanlı bir algoritma geliştirilmiştir. Su kalitesi parametrelerinin analizinde kullanılan yöntemlerin performansı karesel ortalama hata, ortalama mutlak yüzde hata, ortalama mutlak hata, determinasyon katsayısı ve korelasyon katsayısı istatistiksel indeksleri kullanılarak ölçülmüştür. Çalışmanın sonucunda su kalitesi parametrelerinin her biri için deneysel ilişkiler elde edilmiş ve doğruluk analizi sonucuna göre su kalitesi parametrelerinin dağılım haritaları üretilmiş ve değerlendirilmiştir. Çalışma sonucunda önerilen algoritmanın, uzaktan algılama teknikleri kullanılarak su kalitesi parametrelerinin analizine ve su kalitesi dağılımının belirlenmesine yönelik olarak kullanılabilir bir yaklaşım olduğu değerlendirilmektedir.

Water is one of the most important natural resources for the sustainability of life. Today, factors such as intense population growth, excessive and unconscious consumption, rapid and unplanned urbanization, industrialization, chemical fertilizers and drought cause a decrease in the amount of water and water quality. Therefore, it is important to monitor and evaluate the temporal changes in water quality and to identify the pollutants. In this study; it is aimed to analyse water quality parameters using multiple linear regression, polynomial regression and response surface regression methods, to define the analysis mathematically and to develop algorithms to investigate this.For this purpose, spectral reflectance values of Göktürk-2, Sentinel 2A and Landsat 8 Operational Land Imager satellite images were evaluated for the analysis of water quality parameters such as suspended solids, chlorophyll-a, dissolved oxygen, secchi disc depth, total dissolved substance and pH. Mathematical models were generated with all combinations of spectral bands of the satellite images for the analysis of water quality parameters. A MATLAB-based algorithm has been developed to realize all data and generated models. The performance of the methods used in the analysis of water quality parameters was measured using statistical indexes of mean square error, mean absolute percentage error, mean absolute error, determination coefficient and correlation coefficient. As the result of the study, experimental relationships for each of the water quality parameters were obtained and distribution maps of the water quality parameters were produced and evaluated according to the results of the accuracy analysis. The algorithm proposed as a result of the study is considered to be a useful approach for analysing water quality parameters and determining water quality distribution using remote sensing techniques.