Date of Award

4-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Remote Sensing and Geographic Information Systems

Department

Geography and Urban Sustainability

First Advisor

Dr. Khalid Hussein

Abstract

Groundwater is a major source of fresh water in the world, especially in arid and semi-arid countries like the United Arab Emirates (UAE), where rainfall is not evenly distributed through the four seasons of the year. Therefore, it is necessary to pay serious attention to the importance of preserving groundwater resources. The agriculture sector poses a real threat to groundwater. Irrigated crop cultivation practices change groundwater levels as a result of cultivating crops or farming plants that consume large amounts of water. Alfalfa is an example of a high-water consuming crop, being a widely cultivated crop in the UAE. This research has been conducted with the objective of studying the impact of the alfalfa-cultivated areas on groundwater. It is based on calculating the groundwater level (GWL) in wells located near or inside a number of farms, with the end goal of generating a map that shows the areas planted with alfalfa in the same area for three different years using images provided by the Landsat satellite. The study assessed in a detailed manner, the expansion of alfalfa-cultivated areas in the Emirate of Abu Dhabi. A total of five vegetation indices (VIs) were calculated and stacked with visible and near infrared bands (VNIR), producing a composite image. The image was then classified applying unsupervised ISODATA algorithm. Furthermore, GWL was calculated using two parameters: the height above mean sea level and the depth of groundwater in the wells. The data were provided by the National Water and Energy Center (NWEC). The aim was to study the effect of the cultivation alfalfa crop on groundwater storage. As a result, we detected an ongoing increase in the area occupied by alfalfa in the last two decades, which increased from 102.32 km2 to 430.59 km2 between 2002 and 2020. The output was cross validated with field samples, and the overall accuracy of the method was around 81.7%. The well measurements, which were located near or inside the farms accessed and used in this study, showed that there was a significant decrease in the average groundwater amount in the Emirate of Abu Dhabi from 2005 to 2013 and that the mean groundwater level (MGWL) has decreased from 41.4 m to 5.11 m between the years 2005 and 2017, despite the fact that the amount of precipitation had not significantly changed during the mentioned period. In conclusion, the study indicates that the more the area is planted with Alfalfa, the lower the groundwater levels are.

Arabic Abstract

المياه الجوفية هي المصدر الرئيسي للمياه العذبة في العالم، وخاصة في البلدان القاحلة وشبه القاحلة مثل دولة الإمارات العربية المتحدة حيث أن هطول الأمطار غير موزع بصورة متسقة خلال الفصول الأربعة. ولذلك فإن من الضروري الانتباه إلى أهمية الحفاظ على موارد المياه الجوفية. وقد شكل قطاع الزراعة تهديداً حقيقياً للمياه الجوفية، حيث أن الممارسات الزراعية مثل زراعة المحاصيل أو زراعة النباتات التي تستهلك كميات كبيرة من المياه تؤدي إلى تغيير ملحوظ في مستوى المياه الجوفية. ويعتبر البرسيم، والذي يزرع على نطاق واسع في دولة الإمارات العربية المتحدة، مثالاً على المحاصيل التي تستهلك كميات كبيرة من المياه. تم إجراء هذا البحث بهدف دراسة تأثير المساحات المزروعة بالبرسيم على مخزون المياة الجوفية، وذلك بحساب مستوى المياه الجوفية (GWL) في الآبار الواقعة بالقرب من المزارع أو داخلها، وكذلك إنشاء خريطة توضح المناطق المزروعة بمحصول البرسيم في نفس المناطق لمدة ثلاث سنوات مختلفة باستخدام الصور الجوية المقدمة من القمر الصناعي الأمريكي Landsat بهدف تقييم تمدد المساحات المزروعة بالبرسيم في المنطقة التي تستهدفها الدراسة. وقد تم حساب خمسة مؤشرات نباتية (VIs) ‏وتكديسها مع أربعة طبقات اخرى وهي نطاق الأشعة تحت الحمراء والنطاقات المرئية الثلاثة (VNIR) ثم تم تطبيق منهجية Unsupervised ISODATA لتصنيف الصور. بالإضافة إلى ذلك، تم حساب مستوى المياه الجوفية باستخدام البيانات التي وفرها المركز الوطني للماء والطاقة (NWEC) بغرض دراسة تأثير نبات البرسيم على مخزون المياه الجوفية. الحساب تم باستخدام عاملين رئيسيين، الأول هو الارتفاع فوق متوسط مستوى سطح البحر والثاني هو عمق المياه الجوفية في الآبار. نتيجة لذلك، لاحظنا زيادة مستمرة في المساحة التي يشغلها نبات البرسيم خلال العقدين الماضيين، حيث زادت المساحة من 102.32 كيلو متر مربع إلى 430.59 كيلومتر مربع بين عامي 2002 و 2020. وقد بلغت الدقة الإجمالية للطريقة المستخدمة لتحقيق أهداف الدراسة حوالي 81.7%. كما أظهرت قياسات الآبار القريبة من المزارع أو داخلها، والتي تم استخدامها في هذه الورقة، أن هناك انخفاض في متوسط كمية المياه الجوفية في إمارة أبوظبي ما بين الأعوام 2005 و2013، كما انخفض أيضا متوسط مستوى المياه الجوفية (MGWL) من 41.4 م إلى 5.11 م بين عامي 2005 و2017 آخذين في الاعتبار أن كمية هطول الأمطار لم تتغير بشكل جلي خلال نفس الحقبة. وفي الختام، تشير نتائج الدراسة إلى أنه كلما زادت المساحة المزروعة بالبرسيم، كلما قل مستوى المياه الجوفية.

Download
COinS