Date of Award
11-2024
Document Type
Thesis
Degree Name
Master of Science in Civil Engineering (MSCE)
Department
Civil and Environmental Engineering
First Advisor
Mohamed Hamouda
Abstract
Land use and land-cover (LULC) changes have profound impacts on hydrological responses, influencing runoff dynamics and flood risks. This study focused on two contrasting watersheds undergoing rapid LULC transformations: the arid Wadi Ham watershed in the UAE and the tropical Imphal watershed in India. The research emphasized the critical role of accurate LULC data for hydrological modeling in climate-sensitive regions, where land-use changes are accelerating. Using high-resolution PlanetScope and Sentinel-2 satellite imagery, LULC maps were developed and classified using Maximum Likelihood (ML) and Random Forest (RF) algorithms. PlanetScope imagery paired with the RF classifier achieved the highest overall accuracy, with Wadi Ham’s LULC maps reaching 97.27% and Imphal’s LULC maps achieving 98.59%. Change detection analysis revealed significant transformations, such as an increase in built-up areas in Wadi Ham from 3.63 km² in 2017 to 6.23 km² in 2022, accompanied by a decrease in vegetation from 3.37 km² to 1.56 km². In the Imphal watershed, wasteland expanded significantly from 3.32 km² to 47.14 km², while agricultural land saw notable increases: Kharif crop areas grew from 22.2 km² to 28 km², and double/triple crop areas expanded from 28.23 km² to 38.90 km².
Hydrological modeling using the Gridded Surface Subsurface Hydrological Analysis (GSSHA) model demonstrated the influence of LULC accuracy on runoff simulations. In Wadi Ham, the 2022 simulations, reflecting urbanization, resulted in higher peak discharge (1165.8 CMS at 930 min) compared to 2017 (749.61 CMS at 1037 min). Similarly, in the Imphal watershed, land degradation and agricultural expansion led to increased flood risks, with peak discharge rising from 129.53 CMS in 2017 to 162.33 CMS in 2022. This study highlighted the importance of high-resolution LULC data for reliable hydrological modeling, particularly in data-scarce regions. The findings underscore the need for informed urban planning and flood risk management strategies to mitigate the impacts of rapid land-use changes. By aligning with UAE’s 2030 vision for resilient communities and UN Sustainability Goals 11 (Sustainable Cities and Communities) and 13 (Climate Action), the research contributes to broader global sustainability objectives.
Arabic Abstract
فائدة بيانات الاستشعار عن بعد الجديدة في تقييم الاستجابة الهيدرولوجية للتغيرات في استخدامات الأراضي والغطاء الأرضي
تغييرات استخدام الأراضي وتغطية الأرض (LULC) لها تأثيرات عميقة على الاستجابات الهيدرولوجية، مما يؤثر على ديناميكيات الجريان السطحي ومخاطر الفيضانات. تركز هذه الدراسة على بيئتين متناقضتين تخضعان لتحولات سريعة في استخدام الأراضي وتغطية الأرض: حوض وادي حام الجاف في الإمارات العربية المتحدة وحوض إمفال الاستوائي في الهند. تعالج الدراسة الحاجة إلى بيانات دقيقة حول استخدام الأراضي وتغطية الأرض في النمذجة الهيدرولوجية، لا سيما في المناطق الحساسة للمناخ حيث تتسارع التغيرات في استخدام الأراضي. الهدف الرئيسي من هذا البحث كان تقييم تأثير تغيرات استخدام الأراضي وتغطية الأرض على السلوك الهيدرولوجي لحوضي وادي حام وإمفال. وهدف إلى توضيح كيفية تأثير هذه التغيرات على الجريان السطحي ومخاطر الفيضانات في البيئات الجافة والاستوائية من خلال النمذجة الهيدرولوجية. باستخدام صور الأقمار الصناعية عالية الدقة من PlanetScope و Sentinel-2، تم تطوير خرائط LULC وتصنيفها باستخدام خوارزميات الاحتمالية القصوى (ML) والغابة العشوائية (RF). حققت صور PlanetScope مع RF أعلى دقة شاملة، حيث وصلت خرائط LULC لوادي حام إلى دقة 97.27%، بينما حققت خرائط LULC لحوض إمفال دقة 98.59%. كشف تحليل الكشف عن التغيير عن تحولات كبيرة، مثل زيادة المناطق العمرانية في وادي حام من 3.63 كيلومتر مربع في عام 2017 إلى 6.23 كيلومتر مربع في عام 2022، مصحوبة بانخفاض الغطاء النباتي من 3.37 كيلومتر مربع إلى 1.56 كيلومتر مربع. في حوض إمفال، توسعت الأراضي المهملة بشكل كبير من 3.32 كيلومتر مربع إلى 47.14 كيلومتر مربع، بينما شهدت الأراضي الزراعية زيادات ملحوظة: حيث زادت مناطق المحاصيل الصيفية (Kharif) من 22.2 كيلومتر مربع إلى 28 كيلومتر مربع، وتوسعت مناطق المحاصيل الثنائية/الثلاثية من 28.23 كيلومتر مربع إلى 38.90 كيلومتر مربع.
أظهرت النمذجة الهيدرولوجية باستخدام نموذج التحليل الهيدرولوجي السطحي وتحت السطحي الشبكي (GSSHA) تأثير دقة LULC على محاكاة الجريان السطحي. وسلطت الضوء على أهمية بيانات LULC عالية الدقة للنمذجة الهيدرولوجية الموثوقة، خاصة في المناطق التي تعاني من ندرة البيانات. وتؤكد النتائج على الحاجة إلى تخطيط حضري مستنير واستراتيجيات لإدارة مخاطر الفيضانات للحد من تأثيرات التغيرات السريعة في استخدام الأراضي. من خلال مواءمة الدراسة مع رؤية الإمارات 2030 لبناء مجتمعات مرنة وأهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة (الهدف 11: مدن ومجتمعات مستدامة، والهدف 13 : العمل المناخي).
Recommended Citation
Alawathugoda, Chithrika Jayamini, "UTILITY OF NEW REMOTE SENSING DATA IN EVALUATING THE HYDROLOGICAL RESPONSE TO LAND USE AND LAND COVER CHANGES" (2024). Theses. 1262.
https://scholarworks.uaeu.ac.ae/all_theses/1262
