Investigation of forest land use degradation due to dam construction using satellite images processing
Subject Areas : Remote sensing and biogeographymandana azizi 1 , Mohammad panahandeh 2
1 -
2 - عضو هیات علمی
Keywords: Shafarood watershed, Forest Cover, Landsat satlitte, Classification method of the maximum likelihood,
Abstract :
Identify land uses and land use changes to investigate and monitor sensitive areas is essential for sustainable land planning and management. The main objective of this study is to investigate the land use changes caused by the construction of Shafarood Dam in the Hyrcanian forests in the north of Iran during a 17-year period using Landsat satellite imagery. To do this, three satellite imagery of the years 2000, 2013 and 2017 were used, and the corrections (geometric and atmospheric) were applied on the images and the map of the land use for each section in the region was prepared using the classification method of the maximum likelihood that the produced map have Kappa coefficient more than 86% and usage accuracy of 0.83. After classification, the comparison method was used to monitor the land use changes. The results revealed that in every three years, the most land cover of Shafarood watershed belongs to the forest class and in the next rank belongs to the rangeland class. As a result, the continuous decline of the forest class accured from 63.05 percent to 57.27 and 57.22 percent in the first section for the years 2013 and 2017 respectively. The continuous increase of the rock class (8.15-9.10-10.45) and bare lands (3.5- 4.47-5.08%) confirms it in the study area. Environmental challenges of constructing the Shafaroud dam is another emphasis on the importance of conducting advanced and specialized studies based on ecological methodologies and also increasing the decision makers awareness of Hyrcanian forests complexity which has formed in a very long-time period.
پرور، زهرا؛ شایسته، کامران؛ بهزادفر، مرتضی (1395). پایش تغییرات ناشی از احداث سد شیرین دره بر پوشش و کاربری اراضی پایین دست حوزه آبخیز. فصلنامه پژوهش های محیطزیست، 7(14)، 202-191 .
پل، ماتر (1387). پردازش تصاويرماهواره اي. محمد نجفي ديسفاني. تهران. انتشارات سمت
پیرستانی، محمدرضا و شفقتی، مهدی ( 1388). بررسی آثار زیست محیطی احداث سد. فصلنامه پژوهشي جغرافياي انساني، 1(3)، 39-50
جوان، فرهاد؛ حسنی مقدم، حسن (1396). آشکارسازی میزان تخریب جنگلهای هیرکانی با استفاده از تصاویر ماهوارهای و الگوریتم ماشین بردار پشتیبان(مورد مطالعه: شهرستان رضوانشهر). فصلنامه استرانژی راهبردی جنگل، 2 ( 5)، 11-1
عبداللهی، جلال؛ چراغی،سیدمحمدعلی ؛رحیمیان، محمدحسن (1396). مقایسه آثار زیست محیطی تغییر کاربري اراضی بر تغییر پوشش گیاهی و دماي سطحی در مناطق شهري و غیرشهري با به کارگیري سنجش از دور. فصلنامه محیطشناسی،34(45) : 85-96
فرج¬زاده،منوچهر و رستمزاده، هاشم (1386). ارزیابی اثر سدهاي بزرگ در تغییر کاربري اراضی با استفاده از سنجش از دور وGIS . سد ستارخان اهر. فصلنامه مدرس علوم انسانی، 11(1)، 47-66
متکیان، علی اکبر.؛ سعیدی. خاطره؛ شکیبا، علیرضا؛ حسینی اصل، امین (1389). ارزیابی تغییرات پوشش اراضی در ارتباط با سد طالقان با استفاده از تکنیک¬های سنجش ازدور. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 10(13)، 64-45
محمدپور، مهدی؛ عبدی، ناصر؛ المدرسی، سیدعلی (1393). آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از پردازش تصاویر ماهواره¬ای و متریک¬های سیمای سرزمین: مطالعه موردی شهر ارومیه. نخستین همایش ملی کاربرد مدلهای پیشرفته تحلیل فضایی سنجش ازدور وGIS در آمایش سرزمین، (صص1-17 ). یزد: دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد
هادیان، فاطمه.؛جعفری، رضا؛ بشری،حسین؛ رمضانی، نفیسه (1392). بررسی آثار سد حنا بر تغییرات سطح کشت و کاربری اراضی. مجله اکولوژی کاربردی،4 (2)، 113-101
10. Bazgeera, S ; Sharma, P.K ; Maheya, R.K.; Hundala, S.S. & Sood, A. )2008( . Assessment of land use changes using remote sensing and GIS and their implications on climatic variability for Balachaur watershed in Punjab, India. Desert 12: 139–147.
11. Butt, A.; Shabbir, R.; Saeed Ahmad, S. & Aziz, N. 2015. Land use change mapping and analysis using Remote Sensing and GIS: A case study of Simly watershed, Islamabad, Pakistan. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 18: 251–259
12. Caruso, G.; Rounsevell, M.D.A. & Cojacarus, G. 2005. Exploring a spatiodynamic neighborhood-based model of residential behavior in the Brussels peri-urban area. Int. J. Geograph. Inf. Sci. 19: 103–123.
13. Dietzel, C.; Herold, M.; Hemphill, J.J. & Clarke, K.C. 2005. Spatialtemporal dynamics in Californias central Valley: empirical links to urban theory. Int. J. Geograph. Inf. Sci. 19: 175–195.
14. Gajbhiye, S. & Sharma, S.K. 2012 . Land use and land cover change detection of Indra river watershed through remote sensing using multi-temporal satellite data. Int. J. Geomatics Geosci. 3: 89–96.
15. Hu, H.B.; Liu, H.Y.; Hao, J.F. & An, J. 2012 . Analysis of land use change characteristics based on remote sensing and GIS in the Jiuxiang river watershed. Int. J. Smart Sens. Intell. Syst. 5: 811–823.
16. Lausch, A., Herzog, f. 2002 . Applicability of Landscape Metrics for the Monitoring of Landscape Change: Issues of Scale, Resolution and Interpretability. Journal of Ecological Indicators. Vol, 2. No, 1. Pp: 3-15.
17. Parker, D. & Meretsky, V. 2004 . Measuring pattern outcomes in an agent-based model of edge-effect externalities using spatial metrics. Agric. Ecosyst. Environ. 101: 233–250.
18. Sun, B. & Zhou, Q. 2016 . Expressing the spatio-temporal pattern of farmland change in arid lands using landscape metrics. Arid Environments. 124:118-127.
19. Stewart, T.J.; Janssen, R. & Van Herwijnen, M. 2004 . A genetic algorithm approach to multiobjective land use planning. Comput. Oper. Res. 31: 2293–2313.
20. Ustine. S. L., 2004 , Remote Sensing for Natural Resource Management and Environmental Monitoring. 3rd Ed, Vol. 4,522p. John wiley & sons, Inc., Hoboken, New Jersey.
21. Wang, X.; Yu, S. & Huang, G.H. 2004. Land allocation based on integrated GIS-optimization modeling at a watershed level. Landscape Urban Plann. 66: 61–74.
22. Xian, G., Homer, C., Fry, J., 2009 . Updating the 2001 National Land Cover Data base land cover classification to 2006 by using Landsat imagery change detection methods. Remote Sensing of Environment, 113: 1133–1147.
23. Zehtabian, Gh., & Tabatabai, M. R. 1999 . The Study process of desertification using satellite images and Geographical Information System. Journal Desert, 4(2): 57-67.
پژوهش و فناوری محیط زیست، 1399 5(8)، 37-46
| |||
بررسی تخریب کاربری اراضی جنگلی در اثر احداث سد با استفاده از پردازش تصاویر ماهوارهای
|
ماندانا عزیزی۱1، محمد پناهنده2 |
1- دانش آموخته محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه گیلان، رشت، ایران 2- عضو هیئت علمی گروه پژوهشی فراوری پسماند، پژوهشکده محیط زیست جهاد دانشگاهی، رشت، ایران |
چکیده |
شناسایی کاربریها و تغییرات کاربری اراضی جهت بررسی و پایش مناطق حساس به منظور طرحریزی و مدیریت پایدار سرزمین امری ضروری میباشد. هدف اصلی از این مطالعه بررسی تغییرات کاربری اراضی ناشی از احداث سد شفارود در عرصه جنگلهای هیرکانی شمال کشور طی یک دوره 17 ساله با استفاده از تصاویر ماهواره لندست میباشد. براي این کار 3 تصویر ماهوارهاي متعلق به سالهاي 2013،2000 و2017 استفاده شد و تصحیح‌هاي (هندسی و اتمسفري) بر روي تصاویر اعمال و با روش طبقهبندي حداکثر احتمال نقشه کاربري اراضی منطقه برای هر مقطع تهیه شد که به ترتیب داراي صحت کاربري و ضریب کاپاي بالاتر از 86% و 83/0 بودند. روش مقایسه پس از طبقهبندی برای پایش تغییرات کاربری اراضی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد بیشترین پوشش اراضی حوزه شفارود در هر سه سال متعلق به طبقه جنگل و در رتبه بعدی طبقه مرتع میباشد. نتایج تحقیق کاهش مستمر کلاس جنگل از 63.05 درصد در مقطع نخست به ترتیب به مقادیر 57.27 و 57.22 برای سالهای 2013 و 2017 کاهش یافته است که شواهد تأیید کننده این موضوع افزایش مستمر کلاسهاس صخره (8.15-9.10-10.45) و بدون پوشش (3.5- 4.47-5.08 درصد) میباشد. چالشهای محیطزیستی ساخت سد مورد بررسی تأکیدی دیگر بر اهمیت انجام مطالعات تخصصی مبتنی بر دانش اکولوژی و ارتقای نوع نگرش تصمیمگیران به جنگل به عنوان یک زیستگاه پیچیده و شکل گرفته در مقیاس زمانی طولانی‌مدت میباشد. |
كليد واژه‌ها: حوزه آبخیز شفارود، پوشش جنگلی، ماهواره لندست، طبقه بندی حداکثر احتمال |
[1] *پست الکترونیکی نویسنده مسئول: azizi_mandana@yahoo.com
Journal of Environmental Research and Technology, 5(8)2020. 37-46
|
Investigation of forest land use degradation due to dam construction using satellite images processing Mandana Azizi11*, Mohammad Panahandeh2 1- Graduated Student of Environment, Faculty of Natural Resources, University of Guilan, Rasht, Iran 2-Assistant Professor of Environmental Research Institute, The Academic Center for Education, Culture and Research (ACECR), Rasht, Iran |
Abstract Identify land uses and land use changes to investigate and monitor sensitive areas is essential for sustainable land planning and management. The main objective of this study is to investigate the land use changes caused by the construction of Shafarood Dam in the Hyrcanian forests in the north of Iran during a 17-year period using Landsat satellite imagery. To do this, three satellite imagery of the years 2000, 2013 and 2017 were used, and the corrections (geometric and atmospheric) were applied on the images and the map of the land use for each section in the region was prepared using the classification method of the maximum likelihood that the produced map have Kappa coefficient more than 86% and usage accuracy of 0.83. After classification, the comparison method was used to monitor the land use changes. The results revealed that in every three years, the most land cover of Shafarood watershed belongs to the forest class and in the next rank belongs to the rangeland class. As a result, the continuous decline of the forest class accured from 63.05 percent to 57.27 and 57.22 percent in the first section for the years 2013 and 2017 respectively. The continuous increase of the rock class (8.15-9.10-10.45) and bare lands (3.5- 4.47-5.08%) confirms it in the study area. Environmental challenges of constructing the Shafaroud dam is another emphasis on the importance of conducting advanced and specialized studies based on ecological methodologies and also increasing the decision makers awareness of Hyrcanian forests complexity which has formed in a very long-time period. |
Keywords: Shafarood watershed, Forest Cover, Landsat satlitte, Classification method of the maximum likelihood |
|
[1] * Corresponding author E-mail address: azizi_mandana@yahoo.com
مقدمه
اثرات اکولوژیک سدها ميتواند بر اساس معيارهاي مختلفي بر طبق اثرات كوتاهمدت و درازمدت، اثرات بر سطح منطقه و نواحي كه تحت تأثير تأسيسات سد قرار دارد و اثرات اجتماعي و مزايا و خسارات طبقهبندي شود (پیرستانی و شفقتی، 1388). با توجه به نقش منابع طبيعي در زندگي بشر، لازم است اطلاع دقيقي از چگونگي منابع طبيعي و روند تغييرات آنها به دست آيد. از طرفي نظارت بر روند تغييرات و دسترسي به آمار و اطلاعات بهنگام شده، از عوامل كليدي در برنامهريزيها، تصميمگيريها و مديريت میباشد (زهتابیان و طباطبایی1، 1999). تغییر کاربری موضوعي است كه ممكن است در اثر عواملي طبیعی نظير خشكسالي، آتشسوزي، سيلاب، فعاليتهاي آتشفشاني و فعاليتهاي انساني نظير چراي دام، گسترش شهرها و اراضي كشاورزي و نحوه مديريت منابع طبيعي ايجاد شود (اوستین2، 2004). کاربری سرزمین همواره یکی از مهمترین عواملی بوده است که انسان از طریق آن محیطزیست خود را تحت تأثیر قرار داده است و از نظر تاریخی مهمترین تغییر کاربری اراضی که انسان انجام داده است، از میان بردن جنگلها و تبدیل آنها به اراضی کشاورزی و سکونتگاهها بوده است (لائوچ و هرزوگ3، 2002). تغییرات در کاربری سرزمین یک حوزه آبخیز میتواند بر کیفیت آب و ذخایر آب تأثیر بگذارد. برای مثال، تغییرات الگوی کاربری سرزمین به دلیل توسعه آبخیز، باعث افزایش سطح رواناب، کاهش سطح تغذیه آبهای زیرزمینی و انتقال آلایندهها میشود (بات4و همکاران، 2015). شناسایی، نظارت و پایش تغییرات پوشش سطح زمین یک فرایند پیچیده است (سان و ژو5، 2016). اما، آشنایی با میزان تغییرات کاربری اراضی طی گذشت زمان میتواند زمینه مدیریت و برنامهریزی دقیق برای آینده را فراهم آورد (محمدپور و همکاران، 1393). در حال حاضر در جهان و به خصوص در کشورهای در حال توسعه با توجه به رشد جمعیت و نیازهای متفاوت بشر، منابع طبیعی از جمله جنگلها با تخریب و نابودی روبه رو هستند که این عامل منجر به برهم خوردن اکوسیستم طبیعی در بلند‌مدت میشود (جوان و حسنی مقدم، 1396). بنابراین تهیه نقشههای کاربری به روز از مناطق مختلف و بررسی تغییرات صورت گرفته در خصوص کاربری و پوشش زمین در سالهای گذشته، برای مدیران و برنامهریزان مناطق جهت اتخاذ تصمیمات مدیریتی بسیار حایز اهمیت است. پایش تغییرات در سالهای گذشته اطلاعات با ارزشی را از مکانیزم تغییرات مکانی برای تصمیمگیران فراهم میکند (شیان6 و همکاران، 2009). يكي از مهمترين روشها براي بررسي تغييرات كاربريها، استفاده از دادههاي حاصل از سنجش از دور و GIS ميباشد. دادههاي حاصل از تصاوير ماهوارهاي به دليل بهروز بودن، امكان مقايسه آن با دادههاي گذشته و نهايتاً سهولت دسترسي آن از اهميت به‌سزايي برخوردار است (پل، 1387). تاکنون، مطالعات بسیاری در دنیا به بررسی و تحلیل تغییرات در حوزه آبخیز با روشهای مختلف پرداختهاند که تمامی این مطالعات استراتژیهای مؤثر و مناسبی جهت مدیریت حوزههای آبخیز سراسر دنیا ارایه میکنند (بات و همکاران، 2015; بازگرا7، 2008 ; کارسو8، 2005; دایتزل9، 2005; گاجهیو و شارما10، 2012 ; استووارت11 و همکاران، 2004 ; وانگ12 و همکاران، 2004 ; هو13 و همکاران، 2012 ;پارکر و مترسکی14، 2004).
در ایران نیز هادیان و همکاران (1392) در مطالعهای تغییرات کاربري اراضی و تخریب پوشش گیاهی در محدوده سد ملاصدرا (استان فارس) را طی یک دوره 24 ساله با استفاده از تصاویر ماهواره لندست بررسی کردند و سپس مشخص شد که در اثر احداث سد ملاصدرا سطح وسیعی از زمینهاي کشاورزي و مراتع از بین رفتهاند و بیشتر زمینهاي داراي پوشش گیاهی و نیز اراضی قابل کشت به مخزن سد تبدیل شدهاند، به طوري که 99% درصد حجم مخزن در اثر تخریب پوشش به وجود آمدهاند و تنها 1% حجم مخزن حاصل تغییرات کاربري خاك بدون پوشش میباشد. در مطالعه دیگری که توسط متکان و همکاران (1389) انجام گرفته با استفاده از تصاویر ماهواره لندست تغییرات کاربري اراضی را در حوزه سد طالقان در یک دوره زمانی 20 ساله با استفاده از 3 تصویر لندست در زمان قبل، همزمان و چند سال بعد از احداث بررسی کردند و نتایج آنها نشان داد که سدسازي موجب تخریب پوشش گیاهی منطقه شده است و سطح اراضی کشاورزي و دیم به دلیل مهاجرت و بازگشت مردم داراي نوسان بوده اما افزایش قابل‌توجهی در مناطق مسکونی به دلیل ساخت تفرجگاهها در اطراف سد نام برده ایجاد شده است. همچنین در مطالعه دیگری پرور و همکاران (1395) با استفاده از سه بازه زمانی با توجه به زمان احداث سد به طوری که گویای تغییرات کاربریهای اراضی قبل و بعد احداث و آبگیری سد باشد؛ با استفاده از تصاویر ماهوارهای لندست شناسایی و پایش تغییرات پوشش/کاربری سرزمین در حوزه آبریز سد شیرین دره را بررسی کردند و نشان دادند که وضعیت کنونی حوزه با توجه به اینکه تنها ده سال از ساخت سد میگذرد، دستخوش تغییرات بسیاری شده است. کاهش محسوس در سطح کاربریهای کشاورزی و زراعت دیم و جنگلها و روند تغییرات بیانگر تهدید منطقه به تخریب در آیندهای نه چندان دور است. بات و همکاران (2015) در مطالعه خود از روش طبقهبندی حداکثر احتمال به منظور تعیین تغییرات پوشش و کاربری اراضی در حوزه آبریز سد Simly در پاکستان استفاده نمودند. پنج طبقه کاربری عمده با استفاده از تصاویر ماهوارههای اسپات و لندست مربوط به سالهای 1992 و 2012 تهیه شد. بررسی تغییرات پوشش و کاربری و تبدیل عمده پوششهای گیاهی و آبی را به کشاورزی و اراضی بایر و بدون پوشش نشان میدهد که این تبدیل کاربریها تهدیدی جدی برای منابع حوزه آبخیز به حساب میآید. بررسیهای فوق بیانگر تأثیرات جدی احداث سد بر منابع محیط زیستی بویژه پوششهای زمینی میباشد، بنابراین پیشبینی زود هنگام تغییرات احتمالی احداث سدها بر منابع محیط زیستی پیرامونی، رویکردی فعال و مبتنی بر پیشگیری در فرایند برنامهریزی محیطزیست میباشد. با در نظر گرفتن این رویکرد، هدف این تحقیق، بررسی تغییرات کاربری ناشی از احداث سد شفارود میباشد که که در عرصه جنگلهای هیرکانی شمال کشور در حال انجام است. لایه تغییرات کاربری اراضی مهمترین لایه اطلاعاتی در کاربرد روشهای شبیهسازی تغییرات میباشد که با تلفیق آن با عوامل محرک تغییر، میتوان جهتگیری آتی پوششهای منطقه را تجزیه و تحلیل نمود.
مواد و روشها
- منطقه مورد مطالعه
حوزه شفارود در طول جغرافیایی"30 6َ 48ً الی "00 41َ 48ً شرقی و "00 25َ 37ً الی "30 34َ 37ً عرض شمالی قرار گرفته است. حوزه شفارود با مساحتی معادل 394 کیلومتر مربع در غرب استان گیلان بین شهرستانهای رضوانشهر و پرهسر و شرق ارتفاعات تالش قرار گرفته است شکل (1). این حوزه از سمت شمال به حوزه رودخانه پیلمبرا، از شرق به دریاي خزر، از جنوب و جنوب غرب به حوزه چاف رود، از سمت غرب به حوزه آبریز شاهرود در استان اردبیل محدود میگردد. حوزه مورد‌نظر در دو دهستان خوشابر و ارده واقع شده است. اين حوزه جزء واحد مورفوتكتونيكي البرز– تالش است. حوزههاي منطقه تالش عموماً كشيدگي غربي– شرقي دارند و حوزه شفارود نيز چنين وضعيتي دارد. حداکثر ارتفاع آن 2903 متر و حداقل آن 60 متر است. این حوزه براساس تقسيمبندي سازمان جنگلها و مراتع، به‌عنوان حوزه شفارود نامگذاري گردیده است. این حوزه داراي اقليم مرطوب با بارندگي ساليانه 76/1431 ميليمتر بوده و داراي رژیم پرآبي پایيزه است. بالاي 70% از مساحت حوزه پوشیده از جنگل و مرتع بوده و مابقی زمینهاي زراعی و آبادي میباشد. پوشش جنگلی از ارتفاع 100 متري شروع شده و تا ارتفاع 2700 متري گسترش مییابد و از گونههاي فراوانی مانند افرا، بلوط، ممرز، آزاد، راش تشکیل شد که برخی از گونهها مثل راش در سطح دنیا بینظیر و منحصر به فرد میباشد. با تلاش وزارت نیرو عملیات اجرایی ساخت بدنه سد مخزنی شفارود با استفاده از تسهیلات بین‌المللی فاینانس خارجی از نیمه دوم سال 92 آغاز شد. سد مخزنی شفارود با هدف تأمین آب شرب شهرستانهای رضوانشهر و پره سر به میزان 5/7 میلیون متر مکعب در سال 2- تامین آب کشاورزی قریب 10830 هکتار از اراضی منطقه طرح (6900 هکتار اراضی بهبود و 3930 هکتار اراضی توسعه) به میزان 98 میلیون متر مکعب در سال 3- تامین آب صنعتی (صنایع چوکا) به میزان 12 میلیون متر مکعب در سال 4- تولید انرژی برق آبی (دو واحد نیروگاهی هرکدام به توان 8/3 مگاوات ساعت ) 5- کنترل سیلاب‌های فصلی 6- توسعه آبزی‌پروری ایجاد شد. سابقه مطالعاتی- اجرایی طرح در قالب توسعه منابع آب از سال 1353 آغاز شده است و مطالعات فاز 1 و 2 به ترتیب در سال 1360 و 1369 و مطالعات فاز سوم با شروع عملیات اجرایی انجام شد. پیشرفت فیزیکی طرح تا دی ماه سال 97 به میزان 40% میباشد (شرکت آب منطقهای گیلان، 1393).
شکل 1- منطقه مورد مطالعه
دادههای مورد استفاده
در این تحقیق از تصاویر ماهوارهای لندست 7 (ETM+) به تاریخ 13 MAY سال 2000 و لندست 8 (OLI) به تاریخ 25 MAY سال 2013 و 20 MAY سال2017، استفاده شده است. در انتخاب تصاویر، فصل اوج رشد پوشش گیاهی، نبود ابر و یکسان بودن ماه برداشت در سه سال مختلف مورد توجه قرار گرفت. با توجه به هدف این تحقیق که بررسی روند تغییرات ساختاری همگام با احداث سد است، به دلیل اینکه شروع عملیات اجرایی ساخت بدنه سد و قطع درختان درنیمه دوم سال 1392 انجام گرفته است، مقطع زمانی دوم با فاصله کمی قبل از شروع عملیات در نیمه اول سال 1392 انتخاب شده است.
روش تحقیق
پس از تهیه تصاویر ماهوارهای برای منطقه مورد مطالعه از نرمافزار 5.1 ENVI به منظور آمادهسازی دادهها و پردازش اطلاعات استفاده شده است. قبل از تجزیه و تحلیل اطلاعات ماهوارهاي لازم است، تصحیحاتی بر روي تصاویر خام صورت گیرد (عبدالهی، 1396). مرحله پیشپردازش دادهها شامل دو مرحله کلی، تصحیحات رادیومتریکی و تصحیحات هندسی است. به منظور استخراج اطلاعات مفید، عملیات تطابق هندسی برای تصویر 2017 با 15 نقطه با پراکنش مناسب روی نرمافزار Google Earth گرفته شد و با معادله درجه اول و عمل نمونهگیری مجدد با استفاده از روش نزدیکترین همسایهNN) 15( اقدام به کنترل تصحیح مکانی تصویر شد. در مرحله بعد، دو تصویر بعدی با تصویر مبنا مورد مطابقت قرار گرفتند. در گام بعدی تصحیح طیفی تصاویر به منظور بارز ساختن پدیدهها و حذف تاثیرات نامطلوب نور و اتمسفر با استفاده از الگوریتم FLAASH صورت گرفت. پس از اعمال تصحیح اتمسفریک، وضوح تصویر به میزان قابل ملاحظهاي افزایش مییابد. سپس ترکیب رنگی کاذب 2-3-4 برای سالهای مورد‌نظر ایجاد و طبقهبندی حداکثر16 احتمال انجام شد. با توجه به هدف تحقیق و نوع پوششهای موجود در منطقه، بررسی مطالعات قبلی و استفاده از نقشههاي موجود شش طبقه شامل پوشش جنگل، مرتع، مناطق بدون پوشش، مناطق صخرهای، مناطق آبی و کشاورزی مورد شناسایی و طبقهبندی قرار گرفت جدول (1). به منظور بررسی دقت طبقهبندی تصویرها، با استفاده از نمونههای آزمایشی، نسبت به محاسبه صحت با استفاده از ماتریس خطا و محاسبه پارامترهای آماری صحت کل و ضریب کاپا اقدام شد که نتایج مربوط به آن در جدول 2 آورده شده است. سپس، فیلتر حداکثر برای به دست آوردن تصویر یکنواخت و حذف پیکسلهای پراکنده بر تصویرهای حاصل از طبقهبندی اعمال شد.
جدول 1- مفاهيم طبقات پوشش/کاربری اراضی در اين پژوهش
طبقه سرزمین | جزئیات |
جنگل | جنگلهای متراکم و کم تراکم |
مرتع | مراتع غنی، ضعیف، بوته ای، علفی و مخلوط |
پیکره آب | رودخانه |
صخره | مناطق با رخنمونهای سنگی |
بدون پوشش | مناطق انسان ساخت، اراضی بایر و مناطق خاکی و رسوبات رودخانه ای بدون پوشش |
کشاورزی | کشتزارها، باغات و دیمزارها |
یافتههای پژوهش
نقشه پوشش/ کاربری سرزمین با طبقهبندی نظارت شده به روش حداکثر احتمال تهیه شد که نتایج به‌دست آمده از طبقهبندیها در شکل‌های (3،4و5) ارائه شده است و جهت افزایش اعتبار و درستی نقشهها مورد ارزیابی صحت قرار گرفت که مبین همخوانی نقشة تولید شده با واقعیت زمینی است. نتایج تصاویر کاذب رنگی سالهای 2000، 2013 و 2017 به‌منظور تهیه دید کلی از محدودة مورد مطالعه در شکل (2) نشان داده شده است. پس از انجام پیش پردازش‌ها و اصلاحات اولیه بر روي تصاویر، براي آشکارسازي و تعیین دقیق میزان تغییرات کاربري حوزه شفارود طی دوره مطالعه، پس از تهیه نقشههای کاربری/ پوشش اراضی برای هرسال، مساحت مربوط به هر کاربری در هر سال در نرمافزار Arc GIS 10/3 محاسبه شد. جدول (3) مساحت هر طبقه در سه سال مورد بررسی را نشان میدهد. با توجه به نتایج به‌دست آمده از نقشههای کاربری اراضی بیشترین پوشش اراضی حوزه شفارود در هر سه سال متعلق به طبقه جنگل میباشد و در رتبه بعدی طبقه مرتع در منطقه به ترتیب با 11/9176، 66/9240 و 43/8867 در سالهای 2017، 2013 و 2000 بیشترین مساحت این حوزه را پوشش میدهد. درصد تغییرات کاربریها نیز نشاندهندة کاهش پوشش جنگلی و آب و افزایش مرتع، مناطق صخرهای، بدون پوشش و کشاورزی طی دوره اول بوده است. بین سالهای2000 تا 2013 بیشترین کاهش در پوشش اراضی مربوط به جنگل و بیشترین افزایش مربوط به کاربری کشاورزی است. اما طی دوره دوم (2013-2017) همزمان با احداث سد، مناطق صخره و بدون پوشش به‌دلیل پاک‌تراشی جنگلها و ایجاد تأسیسات سد افزایش و بقیه کاهش یافتهاند که بیشترین کاهش مربوط به کشاورزی و بیشترین افزایش مربوط به مناطق صخرهای بوده است. به‌طور کلی از سال 2000 تا 2017 به جز پوشش جنگل و پهنه آبی همه کاربریها افزایش یافتهاند که بیشترین افزایش را پوشش صخرهای به سبب رانش زمین به خود اختصاص داده و بعد از آن به ترتیب کاربری بدون پوشش، مرتع و کشاورزی روندی افزایشی را نشان میدهند (جدول4).
جدول 2- نتایج کلی دقت طبقهبندی
تصویر | صحت کلی% | ضریب کاپا |
ETM+ 2000 | 89.39 | 0.87 |
OLI 2013 | 86.89 | 0.83 |
OLI 2017 | 88.52 | 0.85 |
شکل 2- تصویر کاذب رنگی تولیدی برای سالهای2013،2000 و 2017 (R=7, G=5 ,B=2)
سال کاربری |
| 2000 | درصد کاربری سال 2000 | 2013 | درصد کاربری سال 2013 | 2017 | درصد کاربری سال 2017 | |||||
جنگل |
| 79/22170 | 05/63 | 51/20147 | 27/57 | 33/20132 | 22/57 | |||||
مرتع |
| 43/8867 | 21/25 | 66/9240 | 26/26 | 11/9176 | 08/26 | |||||
پیکره آب |
| 76/50 | 09/0 | 99/7 | 02/0 | 85/3 | 01/0 | |||||
صخره |
| 99/2868 | 15/8 | 85/3171 | 02/9 | 02/3675 | 45/10 | |||||
بدون پوشش |
| 62/1072 | 05/3 | 88/1571 | 47/4 | 84/1784 | 08/5 | |||||
کشاورزی |
| 89/150 | 45/0 | 18/1040 | 96/2 | 03/409 | 16/1 | |||||
جدول3- مساحت کاربریهای منطقه از سال 2000 تا 2017
جدول4- تغییرات مساحت کاربریها در دورههای مورد مطالعه
سال
نوع کاربری | 2000-2013 | 2013-2017 | 2000-2017 | |||
مساحت(هکتار) | مساحت(درصد) | مساحت(هکتار) | مساحت(درصد) | مساحت(هکتار) | مساحت(درصد) | |
جنگل | 2725/2023- | 78/5- | 1875/15- | 05/0- | 46/2038- | 83/5- |
مرتع | 23/373+ | 05/1+ | 5525/64- | 18/0- | 6775/308+ | 87/0+ |
پیکره آبی | 7725/42- | 07/0- | 14/4- | 01/0- | 9125/46- | 08/0- |
صخره | 85/302+ | 87/0+ | 1675/503+ | 43/1+ | 0175/806+ | 3/2+ |
بدون پوشش | 2525/499+ | 42/1+ | 9625/212+ | 61/0+ | 215/712+ | 03/2+ |
کشاورزی | 29/889+ | 51/2+ | 1475/631- | 8/1- | 1425/258+ | 71/0+ |
شکل3- نقشه کاربری/پوشش اراضی برای سال 2000
شکل4- نقشه کاربری/پوشش اراضی برای سال 2013
شکل5- نقشه کاربری/پوشش اراضی برای سال 2017
بحث و نتیجهگیری
یکی از مهمترین و محسوسترین اثراتی که سدها بر طبیعت میگذارند، تغییر در نوع کاربري زمینهاي اطراف آن میباشد. آشکارسازی و تجزیه و تحلیل تغییرات پوشش /کاربری اراضی مبنای شناخت مسائل و مشکلات محیطزیست میباشد. در میان تغییرات مختلف سرزمین، این مطالعه بیشتر بر تغییرات پوشش جنگلی متمرکز شده است. پوشش جنگلی یکی از مهمترین اجزاي پوشش زمین به شمار میآید و یکی از عوامل مؤثر در نفوذ آب به زمین و جلوگیري از سیلهاي مخرب به شمار میرود، بنابراین در مدیریت مناطق مختلف، پایش تغییرات پوشش گیاهی از اهمیت بسیاري برخوردار است. با توجه به اینکه اجرای سامانه تونل انحراف آب از سال 1375 آغاز شده تصویر اول مربوط به سال 1379(2000 میلادی) و تصویر بعدی مربوط به سال 1392(2013 میلادی) فعالیت اجرایی بدنه سد و قطع درختان در محدوده بلافصل سد است و تصویر آخر مربوط به 1396 میباشد. بنابراین شروع فعالیت سد‌سازی در خلال مطالعه اتفاق افتاده است. بررسی جدول تغییر کاربریها در محدوده مورد بررسی بیانگر کاهش مستمر کلاس جنگل در طی مقاطع زمانی مورد بررسی میباشد. به طوری‌که از مقدار 05/63 درصد در مقطع نخست به ترتیب به مقادیر 27/57 و 22/57 برای سالهای 2013 و 2017 کاهش یافته است. روند عمومی کاهش کلاس جنگل در محدوده مورد بررسی بیانگر آن است که این کلاس پوشش در معرض تغییرات ناشی از عوامل طبیعی و انسانی بوده است. شواهد تایید کننده این موضوع افزایش مستمر کلاسهاس صخره (8.15-9.10-10.45) و بدون پوشش (3.5-4.47-08/5 درصد) میباشد. این نتایج تایید کننده کارهای انجام شده توسط هادیان و همکاران (1392) و متکیان و همکاران (1389) و پرور و همکاران (1395) میباشد که احداث سدها باعث تغییرات گسترده در پوشش زمینی میشوند. نکته حایز اهمیت در این بررسی آن است که کاهش کلاس جنگل در مقطع زمانی کوتاه مدت 2013-2017 نیز در مقیاس تصویر مورد استفاده قابل تشخیص میباشد که تطابق آن با سطح برداشت شده سد برای فعالیتهای آمادهسازی و ساختمانی بیانگر تبدیل کلاس جنگل به سطوح بدون پوشش میباشد. این در حالیست که هنوز ساختمان سد و نیازمندیهای آن مانند دسترسیها و کلیه تأسیسات سد کامل نشده است که در صورت انجام آنها روند کاهش سطوح جنگلی بلافصل بیشتر خواهد شد. همچنین قابل پیشبینی است که اثر القایی توسعه سد در مرحله بهرهبرداری با شدت بیشتری کلاس جنگل را تخریب خواهد کرد. فرخزاده و رستمزاده (1386) بیان میکنند که احداث سد آثار مستقیم و غیرمستقیم زیان‌باري بر مناطق اطراف خود خواهد داشت. نتایج این تحقیق نیز تأییدي بر نتایج نامبردگان است. براساس نقشههای پوشش/کاربری اراضی، محل احداث این سد در ميان جنگلهاي خزان كننده هيركاني بوده كه در حالت اوج توالي خود قرار دارند، و با توجه به تغيير اقليم و افزايش بيابانزايي در منطقه، تخريب و بروز توالي ثانويه در آنها منجر به ايجاد آثار برگشتناپذير در اين اكوسيستم ارزشمند خواه شد.
چالشهای محیطزیستی ساخت سد مورد بررسی تأکیدی بر اهمیت انجام مطالعات تخصصی مبتنی بر دانش اکولوژی و رهیافتهای زیستگاهی در مکانهایی مانند مکان ساخت سد شفارود و ارتقای نوع نگرش تصمیمگیران به جنگل از یک سطح مکانی صرفاً دارای درخت به سطح یک فضای زیستگاهی پیچیده و شکل گرفته در مقیاس زمانی بسیار بلند‌مدت میباشد. توجه به اين كه تغييرات در كاربري اراضي مي بايست به تدريج و بر‌مبناي توجيهات منطقي صورت بگيرد، ضرورت استفاده از تكنيكهاي ارزيابي و آمايش سرزمين، در مورد تغيير كاربري اراضي به خوبي آشكار مي‌گردد، لذا لازم است كه كار تحليل كاربري اراضي موجود با ابزارهاي به روز مانند اکولوژی سیمای سرزمین انجام شود تا تغييرات در كاربريها نمايان و از بروز عدم تناسب ميان كاربريها جلوگيري گردد.
منابع
پرور، زهرا؛ شایسته، کامران؛ بهزادفر، مرتضی (1395). پایش تغییرات ناشی از احداث سد شیرین دره بر پوشش و کاربری اراضی پایین دست حوزه آبخیز. فصلنامه پژوهش‌های محیط زیست، 7(14)، 202-191 .
پل، ماتر (1387). پردازش تصاوير ماهوارهاي. محمد نجفي ديسفاني. تهران. انتشارات سمت
پیرستانی، محمدرضا و شفقتی، مهدی ( 1388). بررسی آثار زیست محیطی احداث سد. فصلنامه پژوهشي جغرافياي انساني، 1(3)، 39-50
جوان، فرهاد؛ حسنی مقدم، حسن (1396). آشکارسازی میزان تخریب جنگلهای هیرکانی با استفاده از تصاویر ماهوارهای و الگوریتم ماشین بردار پشتیبان (مورد مطالعه: شهرستان رضوانشهر). فصلنامه استرانژی راهبردی جنگل، 2 ( 5)، 11-1
عبداللهی، جلال؛ چراغی، سیدمحمدعلی؛ رحیمیان، محمدحسن (1396). مقایسه آثار زیست محیطی تغییر کاربري اراضی بر تغییر پوشش گیاهی و دماي سطحی در مناطق شهري و غیرشهري با به کارگیري سنجش از دور. فصلنامه محیطشناسی، 34(45): 85-96
فرجزاده، منوچهر و رستمزاده، هاشم (1386). ارزیابی اثر سدهاي بزرگ در تغییر کاربري اراضی با استفاده از سنجش از دور وGIS. سد ستارخان اهر. فصلنامه مدرس علوم انسانی، 11(1)، 47-66
متکیان، علی‌اکبر.؛ سعیدی. خاطره؛ شکیبا، علیرضا؛ حسینی اصل، امین (1389). ارزیابی تغییرات پوشش اراضی در ارتباط با سد طالقان با استفاده از تکنیکهای سنجش ازدور. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 10(13)، 64-45
محمدپور، مهدی؛ عبدی، ناصر؛ المدرسی، سیدعلی (1393). آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از پردازش تصاویر ماهوارهای و متریکهای سیمای سرزمین: مطالعه موردی شهر ارومیه. نخستین همایش ملی کاربرد مدلهای پیشرفته تحلیل فضایی سنجش ازدور وGIS در آمایش سرزمین، (صص1-17). یزد: دانشگاه آزاد اسلامی واحد یزد
هادیان، فاطمه.؛ جعفری، رضا؛ بشری، حسین؛ رمضانی، نفیسه (1392). بررسی آثار سد حنا بر تغییرات سطح کشت و کاربری اراضی. مجله اکولوژی کاربردی، 4 (2)، 113-101.
10. Bazgeera, S ; Sharma, P.K ; Maheya, R.K.; Hundala, S.S. & Sood, A. )2008(. Assessment of land use changes using remote sensing and GIS and their implications on climatic variability for Balachaur watershed in Punjab, India. Desert 12: 139–147.
11. Butt, A.; Shabbir, R.; Saeed Ahmad, S. & Aziz, N. 2015. Land use change mapping and analysis using Remote Sensing and GIS: A case study of Simly watershed, Islamabad, Pakistan. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 18: 251–259
12. Caruso, G.; Rounsevell, M.D.A. & Cojacarus, G. 2005. Exploring a spatiodynamic neighborhood-based model of residential behavior in the Brussels peri-urban area. Int. J. Geograph. Inf. Sci. 19: 103–123.
13. Dietzel, C.; Herold, M.; Hemphill, J.J. & Clarke, K.C. 2005. Spatialtemporal dynamics in Californias central Valley: empirical links to urban theory. Int. J. Geograph. Inf. Sci. 19: 175–195.
14. Gajbhiye, S. & Sharma, S.K. 2012. Land use and land cover change detection of Indra river watershed through remote sensing using multi-temporal satellite data. Int. J. Geomatics Geosci. 3: 89–96.
15. Hu, H.B.; Liu, H.Y.; Hao, J.F. & An, J. 2012. Analysis of land use change characteristics based on remote sensing and GIS in the Jiuxiang river watershed. Int. J. Smart Sens. Intell. Syst. 5: 811–823.
16. Lausch, A., Herzog, f. 2002. Applicability of Landscape Metrics for the Monitoring of Landscape Change: Issues of Scale, Resolution and Interpretability. Journal of Ecological Indicators. Vol, 2. No, 1. Pp: 3-15.
17. Parker, D. & Meretsky, V. 2004. Measuring pattern outcomes in an agent-based model of edge-effect externalities using spatial metrics. Agric. Ecosyst. Environ. 101: 233–250.
18. Sun, B. & Zhou, Q. 2016. Expressing the spatio-temporal pattern of farmland change in arid lands using landscape metrics. Arid Environments. 124:118-127.
19. Stewart, T.J.; Janssen, R. & Van Herwijnen, M. 2004. A genetic algorithm approach to multiobjective land use planning. Comput. Oper. Res. 31: 2293–2313.
20. Ustine. S. L., 2004 , Remote Sensing for Natural Resource Management and Environmental Monitoring. 3rd Ed, Vol. 4,522p. John wiley & sons, Inc., Hoboken, New Jersey.
21. Wang, X.; Yu, S. & Huang, G.H. 2004. Land allocation based on integrated GIS-optimization modeling at a watershed level. Landscape Urban Plann. 66: 61–74.
22. Xian, G., Homer, C., Fry, J., 2009. Updating the 2001 National Land Cover Data base land cover classification to 2006 by using Landsat imagery change detection methods. Remote Sensing of Environment, 113: 1133–1147.
23. Zehtabian, Gh., & Tabatabai, M. R. 1999. The Study process of desertification using satellite images and Geographical Information System. Journal Desert, 4(2): 57-67.
[1] 1. Zehtabian, & Tabatabai
[2] 2. Ustine
[3] 3. Lausch & Herzog
[4] 4. Butt
[5] 5. Sun & Zhou
[6] 6. Xian
[7] 7. Bazgeera
[8] 8. Caruso
[9] 9. Dietzel
[10] 10. Gajbhiye & Sharma
[11] 11. Stewart
[12] 12. Wang
[13] 13. Hu
[14] 14. Parker& Meretsky
[15] 15. Nearest neibrhood
[16] 16. Maximum likelihood
