بررسی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تکنیک‌های GIS و RS و ارزیابی اقتصادی آن در مقایسه با تغییرات هدررفت خاک (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سد آزاد)

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

1 - دانش‌آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، گروه آبخیزداری، ساری، ایران

2 - استادیار دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 - دانشجوی دکتری آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، گروه آبخیزداری، ساری، ایران

چکیده

این مطالعه با هدف ارزیابی تغییرات درصد پوشش و کاربری اراضی در فاصله زمانی سال­های 1987 تا 2006 در حوزه آبخیز سد آزاد استان کردستان انجام شد. برای این منظور در ابتدا با استفاده از تصاویر ماهواره Landsat، نقشه درصد پوشش گیاهی تهیه و با اصلاح خطای ژئومتری، رادیومتری و اختلاف فصل تصویر برداری، بهترین ترکیب باندی انتخاب و نقشه کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال تشابه و طبقه­بندی نظارت شده تهیه شد. صحت نقشه­های تولیدی با آزمون صحت کلی تعیین گردید. نتایج تحقیق نشان داد که اراضی آبی از 33/14% به 70/13%، دیمزارها از 43/15% به 63/26% و مراتع ضعیف از 37/24% به 17/42% افزایش داشته­اند و در مقابل مراتع متوسط حوزه از 57/28% به 83/14% و مراتع خوب با پوشش درختچه­ای از 30/17% به 64/2% کاهش یافته­اند. صحت طبقه­بندی در طبقه اراضی آبی، طبقه دیمزار، مراتع ضعیف، متوسط و خوب به ترتیب 66%، 74%، 82%، 76% و 84% تعیین گردید. سپس با استفاده از مدل EPM میزان هدررفت و تولید رسوب برای حوزه برآورد شد که برای سال 1987 میزان تولید رسوب 7/8 متر مکعب در هکتار در سال و برای سال 2006 این میزان به 2/10 متر مکعب در هکتار در سال افزایش یافته است. در نهایت، برآورد اقتصادی این تغییرات، حاکی از متضرر شدن 10 میلیارد ریالی آبخیز نشینان و متعاقب آن هدررفت خاک در حوزه آبخیز مورد مطالعه بوده است.

کلیدواژه‌ها


بررسی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تکنیک­های GISو RSو ارزیابی اقتصادی آن در مقایسه با تغییرات هدررفت خاک (مطالعه موردی: حوزه آبخیز سد آزاد)

 

معروف امامقلی[1]*، عطا صفری1، کاکا شاهدی[2]، محمدحسین فرهودی1، خه­بات خسروی[3]

تاریخ دریافت: 5/12/91          تاریخ پذیرش: 2/7/93

 

چکیده

این مطالعه با هدف ارزیابی تغییرات درصد پوشش و کاربری اراضی در فاصله زمانی سال­های 1987 تا 2006 در حوزه آبخیز سد آزاد استان کردستان انجام شد. برای این منظور در ابتدا با استفاده از تصاویر ماهواره Landsat، نقشه درصد پوشش گیاهی تهیه و با اصلاح خطای ژئومتری، رادیومتری و اختلاف فصل تصویر برداری، بهترین ترکیب باندی انتخاب و نقشه کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال تشابه و طبقه­بندی نظارت شده تهیه شد. صحت نقشه­های تولیدی با آزمون صحت کلی تعیین گردید. نتایج تحقیق نشان داد که اراضی آبی از 33/14% به 70/13%، دیمزارها از 43/15% به 63/26% و مراتع ضعیف از 37/24% به 17/42% افزایش داشته­اند و در مقابل مراتع متوسط حوزه از 57/28% به 83/14% و مراتع خوب با پوشش درختچه­ای از 30/17% به 64/2% کاهش یافته­اند. صحت طبقه­بندی در طبقه اراضی آبی، طبقه دیمزار، مراتع ضعیف، متوسط و خوب به ترتیب 66%، 74%، 82%، 76% و 84% تعیین گردید. سپس با استفاده از مدل EPM میزان هدررفت و تولید رسوب برای حوزه برآورد شد که برای سال 1987 میزان تولید رسوب 7/8 متر مکعب در هکتار در سال و برای سال 2006 این میزان به 2/10 متر مکعب در هکتار در سال افزایش یافته است. در نهایت، برآورد اقتصادی این تغییرات، حاکی از متضرر شدن 10 میلیارد ریالی آبخیز نشینان و متعاقب آن هدررفت خاک در حوزه آبخیز مورد مطالعه بوده است.

 

واژه­های کلیدی: حوزه آبخیز سد آزاد، طبقه­بندی نظارت شده، تغییر کاربری اراضی، هدررفت خاک

 

مقدمه

تعریف کاربری اراضی، استفاده از زمین در شرایط حاضر می­باشد. نقشه کاربری اراضی، پوشش فیزیکی سطح زمین را با توجه به استفاده آن نشان می­دهد (20). بررسی کاربری اراضی و استفاده از زمین یعنی تمام فعالیتهای موجود در یک محل یا انواع مختلف استفاده از زمین در یک محل به تصویر کشیده شود. نظیر زمین­های زراعی، باغ­ها، مناطق مسکونی، جنگل و مرتع، معادن و... (5). اطلاع از انواع پوشش سطح زمین و فعالیت­های انسانی در قسمت­های مختلف و به بیان دیگر نحوه استفاده از زمین، به عنوان اطلاعات پایه برای برنامه­ریزی­های مختلف از اهمیت ویژه­ای برخوردار است (6 و 19). در حال حاضر تغییر کاربری زمین، به صورت غیر اصولی از مهم­ترین معضلات کشور می­باشد، چرا که تغییر اکثر کاربری­ها غالباً بدون برنامه اصولی و بدون در نظر گرفتن محدودیت­های زیست محیطی صورت می­گیرد (10). وقوع سیلاب­های مخرب، آلودگی شهر­های بزرگ، از بین رفتن سطح وسیعی از جنگل­ها، رشد بی­رویه شهرها، فرسایش زمین­های کشاورزی، گسترش بیابانها، کاهش و آلودگی آب­های زیرزمینی غالباً ناشی از تبدیل غیر اصولی کاربری و پوشش اراضی و اعمال روش­های غلط در بهره­برداری از آنها می­باشد (4). یکی از این تغییرات، تخریب پوشش منابع طبیعی و ازدیاد اراضی کشاورزی در شیب­های نامتعارف، بدون توجه به قابلیت توسعه اراضی می­باشد (18). تخریب جنگل­ها و ایجاد زمین­های کشاورزی سبب بروز حرکات توده­ای در سطح وسیع می­گردد (1 و 16). از آنجا که تغییرات در کاربری اراضی در سطوح وسیع و گسترده صورت می­گیرد، بنابراین تکنولوژی سنجش از راه دور ابزاری ضروری و با ارزش جهت پایش تغییرات می­باشد (7 و 11). همچنین آنالیز ویژگی­های مکانی و زمانی تغییرات کاربری اراضی برای فهم درست از الگوی توسعه شهری ضروری می­باشد (15).

Garrattand و Askew (1996) داده­های ماهواره­ای لندست TM و اسپات را برای بررسی پوشش مرتعی در انگلستان به­کار گرفتند و به طبقه­بندی پوشش گیاهی با دقت بالا در مقایسه با روش­های سنتی نایل شدند. Rai و Sharma (1998)، تغییرات کاربری اراضی و خصوصیات هیدرولوژیکی آبخیزهای سیکما در هند را مورد مطالعه قرار دادند. نتایج نشان داد تغییرات کاربری اراضی از جنگل به اراضی کشاورزی، 11 درصد از سال 1988 تا 1992 افزایش یافته بود. در طول همین دوره­ها نواحی پایدار جنگل­های متراکم نیز به جنگل­های تخریب یافته تبدیل شده بود. در مجموع میزان هدررفت خاک در یک دوره زمانی سه ساله 1994-1997 مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که هدررفت خاک از کل حوزه نرخی بین 18/4 تا 82/8 تن در هکتار در سال بود. Hashiba et al., (2000)، در ژاپن تغییرات کاربری اراضی حوزه آبخیز تاما را با استفاده از اطلاعات سنجنده­های مختلف MSS و TM لندست مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. در این تحقیق مناطق دارای پوشش آمیخته با استفاده از اطلاعات سنجنده MSS و TM به­طور جداگانه طبقه­بندی گردید. نتایج نشان داد که بین دو طبقه­بندی تفاوت دیده می­شود.

همچنین امکان بررسی تغییرات کاربری اراضی در طولانی مدت با استفاده از هر دو سنجنده MSS و TM امکان­پذیر است، نهایتاً اینکه تغییرات کاربری اراضی در حوزه آبخیز تاما در طی 25 سال گذشته را می­تواند نشان داد.

Farajzadeh و Falah (2008) برای بررسی نوع تغییرات پوشش گیاهی حوزه رودخانه تجن، تصاویر TM و ETM+ سال­های 1992 و 2001 را انتخاب و پس از تصحیح و بارزسازی، برای ارزیابی تغییرات، از روش­های تفریق، نمایش رنگی، شاخص پوشش گیاهی و مقایسه بعد از طبقه­بندی استفاده نمودند. نتایج نشان داد که علی­رغم سیر نزولی بارندگی در این دوره زمانی، دبی افزایش یافته است. با توجه به عدم تغییر توپوگرافی و شیب حوزه طی این دوره، می­توان نتیجه گرفت، افزایش رواناب بیشتر به­دلیل کاهش جنگل و مرتع بوده است.

در این تحقیق، اقدام به بررسی تغییرات کاربری اراضی طی سال­های 1987 و 2006 به ­وسیله تصاویر ماهواره­ای سنجنده­های TM و ETM+ لندست، با استفاده از تکنیک­های RS و GIS گردید و تغییرات کاربری اراضی و تخریب در حوزه آبخیز سد آزاد استان کردستان مورد بررسی قرار گرفته و برآوردی از میزان درآمدها در دو حالت قبل و بعد از تغییرات صورت پذیرفت و در نهایت بررسی این تغییرات بر روی هدررفت خاک با استفاده از مدل  EPM انجام گرفت و در آخر ارزیابی اثرات اقتصادی هدررفت خاک وکاربری اراضی برای حوزه انجام گرفت.

 

مواد و روش­ها

موقعیت منطقه مورد مطالعه:

حوزه آبخیز سد آزاد در غرب ایران و در دامنه­های زاگرس قرار دارد (شکل 1). وسعت این حوزه حدود 1058 کیلومتر مربع بوده و ارتفاع حداکثر آن 3020 متر و ارتفاع حداقل آن 1380 متر می­باشد. موقعیت جغرافیایی حوزه ˝23 ´22 ˚46 تا ˝59 ´45 ˚46 طول شرقی و ˝46 ´19 ˚35 تا ˝24 ´43 ˚35 عرض شمالی می­باشد. شیب متوسط حوزه 92/21 درصد و متوسط بارش سالانه 450 میلی­متر است.

 

 

 

موقعیت سد آزاد

 

 

 

 

 

 

 

 

 


شکل 1- موقعیت منطقه مورد مطالعه در ایران و استان

 

روش تحقیق:

بررسی تغییرات کاربری اراضی:

در تحقیق حاضر، اولین قدم شناسایی انواع کاربری­ها برای منطقه بود، لذا تهیه نقاط کنترلی و بازدید صحرایی را الزامی می­نمود و انواع کاربری اراضی شامل:

- اراضی آبی

- مراتع ضعیف (اراضی دارای پوشش گیاهی کمتر از 20 درصد و غیر زراعی)

- مراتع متوسط (پوشش 20 تا 30 درصد)

- مراتع خوب (پوشش بالای 30 درصد همراه با درختچه)

- دیمزارها و دیمزارهای رها شده

با کمک افراد محلی در منطقه شناسایی شد. با استفاده از GPS برای هر کاربری سطوح 150×150 متری (22500 متر مربع) برداشت شد (15سطح برای هر کاربری). تصاویر ماهواره­ای TM سال 1987 و ETM+ سال 2006 برای بررسی تغییرات کاربری ارضی در این بازه زمانی مناسب تشخیص داده شد. از نقشه­های رقومی 1:25000 (شبکه هیدروگرافی و شبکه راه­ها) سازمان نقشه­برداری کشور جهت تصحیح خطای ژئومتری استفاده گردید. لازم به ذکر است که تصحیح مکانی از اصول اولیه استفاده از تصاویر ماهواره­ای می­باشد. سپس با تهیه نقشه توپوگرافی منطقه، مرز حوزه آبخیز سد آزاد مشخص و در محیط GIS برش خرده و ژئورفرنس شد.

داده­های ماهواره­ای مورد استفاده عاری از لکه های ابر بود و از وضوح مناسبی برخوردار بود و به علت عدم مقایسه دو داده غیر هم­زمان در این مطالعه انجام تصحیحات اتمسفری ضروری نبود.

به منظور تهیه نقشه نهایی، با بکارگیری اطلاعات صحرایی و اطلاعات موجود، از روش طبقه­بندی نظارت شده استفاده گردید. این روش بر اطلاعات زمینی و دانش قبلی مفسر از منطقه، استوار است و بسیار قابل کنترل­تر از روش طبقه­بندی نظارت نشده می­باشد که طی مراحل زیر انجام پذیرفت:

نمایش مکانی نمونه­ها بر روی باند اصلی (FS):

یکی از روشهای پی بردن به کیفیت نمونه­های تعلیمی در طبقات از نظر جدا بودن، تداخل یا هم­پوشانی مشاهده پراکنش طبقات در یک نمایش مکانی چند بعدی است. در این طرح از باند 3 و 4 برای نمایش مکانی نمونه­های تعلیمی در طبقات مختلف استفاده گردید. بر اساس این نمودار هر طبقه طبق ارزش عددی پیکسل­های متعلق به آن نمونه تعلیمی و در محدوده خاصی از فضای بین محورهای باند 3 و 4 قرار می­گیرد. هرچه طبقات مختلف در فضای بین این دو محور هم­پوشانی و تداخل کمتری داشته و یا از یکدیگر جدا و تفکیک شده باشند، نشان­دهنده دقت خوب و صحیح بودن تعیین نمونه­های تعلیمی می­باشند (4).

طبقه­بندی داده­های رقومی و استخراج نقشه کاربری اراضی:

در این طرح از ترکیب رنگی کاذب (RGB) باندهای 2، 3 و 4 برای طبقه­بندی نظارت شده با الگوریتم حداکثر احتمال که بسیار متداول می­باشد و توسط سایر محققان نیز توصیه شده است، استفاده گردید. لازم به ذکر است که در مطالعات مختلف و مشابه، استفاده از ترکیب باندی­های مختلف برای طبقه­بندی ذکر شده است اما بر اساس مطالعات Arzani et al., (2007)، در حوزه آبخیز طالقان ترکیب باندی 2، 3 و 4 را ترکیب باندی مناسبی برای طبقه بندی دانسته­اند. لذا در این تحقیق نیز به آن استناد شده و از ترکیب باندی فوق­الذکر جهت انجام طبقه­بندی استفاده شده است. الگوریتم حداکثر احتمال نیز الگوریتمی است که پس از آزمون نرمال بودن داده­ها در هر طبقه، میانگین داده­ها را محاسبه می­کند، سپس پیکسل­های طبقه­بندی نشده را در طبقه­ای قرار می­دهد که با حداکثر احتمال به آن طبقه تعلق دارد (4).

ارزیابی صحت طبقه­بندی:

بعد از استخراج نقشه کاربری اراضی، اطمینان از صحت نقشه­های به­دست آمده، امری ضروری می­باشد. روش­های متفاوتی برای ارزیابی صحت طبقه­بندی وجود دارد. در این طرح از روش Assessment Accuracy که بر مبنای مقایسه نقشه استخراج شده از داده­های ماهواره­ای با اطلاعات واقعیت زمینی نظیر برداشت­ها و بازدیدهای صحرایی، عکس­های هوایی، نقشه­های موجود و دانش کارشناسی مفسر استوار است، استفاده شد (4).

بررسی تغییرات میزان هدررفت خاک و تغییرات درآمد سالانه حوزه:

تشریح مدل EPM:

مدل EPM با استفاده از اطلاعات حاصل از قطعه زمین­های فرسایشی و اندازه­گیری رسوب پس از 40 سال تحقیقات در کشور یوگسلاوی سابق به دست آمد و در سال 1998 در کنفرانس بین­اللملی رژیم رودخانه توسط گالوریلویچ ارائه شد (3). در این روش چهار مشخصه ضریب فرسایش حوزه آبخیز، ضریب استفاده از زمین، ضریب حساسیت سنگ و خاک به فرسایش و شیب متوسط حوزه مورد بررسی قرار می­گیرد.

محاسبه میزان فرسایش بر اساس این روش به صورت رابطه 1 ارائه گردیده است:

(1)

که در آن:

WSP: فرسایش ویژه بر حسب متر مکعب در کیلومتر مربع در سال، H: متوسط بارندگی سالانه بر حسب میلی­متر، Z: ضریب شدت فرسایش، T: ضریب درجه حرارت.

ضریب درجه حرارت از طریق رابطه 2 به دست می­آید:

(2)

که در آن:

t: میانگین دمای سالیانه بر حسب درجه سانتی­گراد.

همچنین ضریب شدت فرسایش با استفاده از رابطه 3 به­دست می­آید:

(3)

که در آن:

Y: ضریب حساسیت سنگ و خاک به فرسایش، Xa: ضریب استفاده از زمین، ψ: ضریب فرسایش، I: شیب متوسط حوزه آبخیز بر حسب درصد.

در این مدل از ضرایبی برای تبدیل میزان فرسایش به رسوب استفاده می­شود که ضریب رسوبدهی حوزه نامیده می­شود و از رابطه 4 محاسبه می­گردد:

(4)

که در آن:

RU: ضریب رسوبدهی حوزه آبخیز، L: طول حوزه آبخیز بر حسب کیلومتر، D: اختلاف ارتفاع متوسط حوزه آبخیز با ارتفاع نقطه خروجی رودخانه بر حسب متر، P: محیط حوزه آبخیز بر حسب کیلومتر.

برای محاسبه رسوب سالانه حوزه از رابطه 5 استفاده می­شود:

(5)
که در آن:

VP: رسوب حوزه برحسب مترمکعب در سال، F: مساحت حوزه بر حسب کیلومتر مربع، WSP: فرسایش ویژه بر حسب متر مکعب در کیلومتر مربع در سال.

تشکیل لایه­های ورودی برای تهیه نقشه حساسیت در روش EPM بر اساس تکنیک­های RS و GIS:

1- تعیین ضریب استفاده از زمین (Xa)

طی بررسی­های انجام شده در کشور امریکا، در مورد چگونگی استفاده از زمین، مقادیر مختلفی برای مناطق کشاورزی و منابع طبیعی تدوین گردیده است (3). برای تعیین ضریب استفاده از زمین در روش امریکایی، از نقشه کاربری اراضی استفاده شد. سپس با استفاده از داده­های ماهواره­ای لندست ETM+ با قدرت تفکیک 30 متر، صحت نقشه و بهبود آن مورد بررسی قرار گرفت.

2- ضریب فرسایش حوزه آبخیز (ψ)

در این بخش مطالعه، از جدول استاندارد، تفسیر تصاویر ماهواره­ای منطقه، اطلاعات موجود در گزارش­های پوشش گیاهی، زمین­شناسی، خاک­شناسی و بازدیدهای زمینی برای تعیین ضریب فرسایش استفاده گردید. لذا با توجه به عوامل موجود در جدول مربوطه و اطلاعات موجود در گزارشات فوق و بعد از ترکیب با نقشه­های زمین­شناسی و خاک­شناسی، نقشه ضریب فرسایش محاسبه شد.

3- شیب متوسط حوزه آبخیز (I)

برای تعیین این لایه از DEM یا مدل رقومی ارتفاع منطقه مورد مطالعه استفاده شد. سپس با استفاده از نرم­افزار ArcGIS شیب منطقه تعیین و برای هر واحد هیدرولوژیک، شیب متوسط محاسبه و با به توان 5/0 رساندن، وارد مدل گردید.

قابل توضیح است که تعداد واحدهای هیدرولوژیک منطقه مورد مطالعه، 57 عدد بوده که در محیط Arc Hydro تهیه شدند و سپس عملیات تعیین شیب متوسط، بر روی هر واحد هیدرولوژیک به­صورت جداگانه انجام گرفت و در نهایت، برای کل حوزه مورد مطالعه، شیب متوسط محاسبه گردید.

4- ضریب حساسیت سنگ و خاک به فرسایش (Y)

حساسیت ذاتی سازندهای زمین­شناسی به هوازدگی و فرسایش که در مطالعات بسیاری نظیر Shariat Jafari et al.,(2006) به خوبی به آن پرداخته شده است یکی دیگر از عوامل چهارگانه مورد نیاز در مدل EPM است که در این تحقیق نیز لایه ضرایب حساسیت سازندهای زمین­شناسی موجود در منطقه مورد مطالعه، تهیه گردید و بر اساس جدول تعیین حساسیت سازندها به فرسایش در مطالعه مذکور، مقدار وزنی هر سازند تعیین و امتیاز بندی صورت پذیرفت.

جهت تهیه این لایه، نقشه زمین­شناسی حوزه به ده کلاس طبقه­بندی شد که کلاس یک مربوط به سست­ترین سنگ­ها با امتیاز 2 و کلاس ده مربوط به مقاوم­ترین آنها با امتیاز 25/0 می­باشد (2).

 

نتایج

نقشه کاربری اراضی منطقه مورد مطالعه:

نقشه کاربری اراضی منطقه مطالعاتی برای سالهای 1987 و 2006 که به روش طبقه­بندی نظارت شده تهیه شده است در اشکال 2 و 3 نشان داده شده است. همچنین، بر اساس نقشه­های به­دست آمده، مساحت هر یک از کاربری­های مختلف موجود در منطقه مورد مطالعه، محاسبه و در جداول 1 و 2 ارائه گردیده است.

 

 

شکل 2- نقشه کاربری اراضی سال 1987

 

 

بر اساس مساحی این نقشه­ها که در جدول 1 آورده شده است، مساحت کل حوزه برای سالهای 1987 و 2006 معادل 970379 کیلومتر مربع تعیین گردید. همچنین، بر اساس تفسیر تصاویر ماهواره­ای سال­های مذکور، درصد مساحت زراعت آبی، مراتع ضعیف، مراتع متوسط، مراتع خوب و دیم­کاری در سال 1987 به ترتیب 002/0، 99/16، 57/52، 94/29 و 05/0 درصد بوده و برای سال 2006 این میزان به مقادیر 5/1، 68/37، 54/40، 31/18 و 011/0 درصد تغییر پیدا کرده است که نشان دهنده تغییرات و کاهش مراتع خوب و متوسط منطقه و افزایش زمین­های دیم­کاری و تخریب عرصه­های طبیعی است (جدول 1).

 

 

شکل 3- نقشه کاربری اراضی سال 2006

 

همچنین درآمد حاصل شده قبل و بعد از تغییرات کاربری اراضی در جدول 2 آورده شده است (5). در این تحقیق، تفکیک مراتع مختلف بر اساس ضوابط و دستورالعمل پردازش رقومی تصاویر ماهواره­ای ETM+ در استخراج نقشه کاربری و پوشش اراضی در مطالعات ساماندهی دشت که توسط سازمان مدیریت و برنامه­ریزی کشور انجام شده، صورت گرفته است. همچنین، از مطالعه Kazemi et al., (2011)، جهت انجام این کار و تفکیک­پذیری صحیح مراتع موجود در منطقه مورد مطالعه استفاده گردید. لذا در تحقیق حاضر، تفکیک کیفیت مراتع مختلف، با اطمینان و صحت بالا انجام پذیرفت. همچنین، جهت تعیین میزان درآمد سالانه در هر کاربری و در تمام حوزه آبخیز مورد مطالعه، به نتایج تحقیقات Pishdad Soleimanabad et al., (2011) استناد گردید و مطابق با تحقیق مذکور، محاسبه میزان درآمد منطقه­ای و بررسی­های لازم صورت گرفته و تغییرات معقول اعمال شد.

 

 

 

جدول 1- درصد مساحت محاسبه شده هر یک از کاربری­های حوزه آبخیز مورد مطالعه (12)

سنجنده

اراضی آبی

مراتع ضعیف

مراتع متوسط

مراتع خوب با پوشش درختچه­ای

دیم­کاری

جمع

(1987)  TM

33/14

37/24

567/28

30/17

433/15

100%

(2006)  ETM+

70/13

17/42

86/14

64/2

63/26

100%

 

جدول 2- مساحت هرکاربری در دو سال مورد بررسی و میزان درآمد سالانه (13)

نوع کاربری

مساحت در سال 1987

مساحت در سال 2006

درآمد سالانه در هر هکتار بر حسب هزار ریال

درآمد هر کاربری در سال 1987

(هزار ریال)

درآمد هر کاربری در سال 2006

(هزار ریال)

زراعت آبی

14/15161

6/14496

5000

75805700

72483000

مراتع ضعیف

46/25783

86/44615

300

7735038

13384758

مراتع متوسط

88/30223

88/15721

500

15111940

7860940

مراتع خوب با پوشش درختچه­ای

4/18303

12/2793

1200

21963600

3351744

دیم­کاری

114/16326

54/28174

2500

40815285

70436350

جمع

105797

105797

9500

161431563

167516792

 


نقشه شدت فرسایش منطقه مورد مطالعه:

برای تهیه نقشه شدت فرسایش ابتدا برای هر یک از عوامل تعیین کننده مقدار ضریب شدت فرسایش (Z) یعنی ضریب استفاده از زمین (Xa)، ضریب فرسایش (ψ)، ضریب حساسیت خاک به فرسایش (Y) و شیب متوسط حوزه آبخیز (I) نقشه جداگانه‌ای تهیه شد و پس از روی هم­گذاری این نقشه­ها، نقشه شدت فرسایش تولید گردید. در این لایه­ها هر پیکسل ارزش عددی خود را دارد و از مجموع ارزش این پیکسل­ها و میزان لایه­های مختلف با توجه به رابطه 3، نقشه شدت فرسایش تهیه گردید (اشکال 4 و 5). این نقشه نمایانگر نحوه اثر سیستم­های فرسایشی در حوزه بوده و نقاط حساس و آسیب­پذیر در معرض خطر فرسایش را نشان می‌دهد که می­توان از آن برای الویت بندی مناطق جهت اجرای عملیات کنترل فرسایش و رسوب استفاده نمود. قابل توضیح می­باشد که در اشکال 4 و 5 استفاده و تهیه نقشه­های وکتوری به ­صورت پولیگونی به دلیل پایین بودن کیفیت و عدم نمایش صحیح (در صورت بالا بردن پیکسل سایز و اندازه پیکسل ها) میسر نبوده و به­کار گرفته نشد.

 

 

شکل 4- نقشه شدت فرسایش حوزه در سال 1987

 

 

شکل 5- نقشه شدت فرسایش حوزه در سال 2006

 

بحث و نتیجه­گیری

بر اساس نقشه­های فرسایشی تهیه شده برای حوزه و محاسبات میزان فرسایش کل حوزه، نقشه­های کاربری اراضی و تفکیک اراضی از اطلاعات بسیار مهم برای اعمال مدیریت در حوزه آبخیز سدهای کشور می­باشد. صحت و درستی مرز کاربری­ها، مشخص شدن محدوده های اراضی و موقعیت مکانی آنها امکان اجرای بهتر و دقیق­تر برنامه­های مدیریتی و به­خصوص بررسی وضعیت روند تغییرات دبی و رسوب را میسر می­سازد. تهیه نقشه کاربری اراضی با استفاده از داده­های ماهواره­ای یکی از سریع ترین و کم هزینه­ترین روش­ها برای رسیدن به این هدف می­باشد.

بر اساس تفسیر تصاویر ماهواره­ای سال­های 1987 و 2006 و مقایسه آنها (با استفاده از نرم­افزار ENVI)، درصد مساحت زراعت آبی، مراتع ضعیف، مراتع متوسط، مراتع خوب و دیم­کاری در سال 1987، نسبت به سال 2006 به ترتیب 66/0-، 8/17+، 73/13-، 70/14- و 2/11+ تغییر را نشان می­دهد که این امر نشان دهنده تغییرات و کاهش مراتع خوب و متوسط منطقه و افزایش زمین­های دیم­کاری و تخریب عرصه­های طبیعی است. به­طور کلی، بر اساس نتایج به­دست آمده، افزایش سطح مراتع ضعیف و افزایش دیم­کاری­ها و تخریب پوشش در منطقه مشاهده می­شود.

ضعیف بودن صحت طبقه­بندی در طبقه زراعت (66%) و طبقه دیمزار (74%) در این تحقیق به این دلیل می­باشد که ویژگی­های رفتار طیفی در اراضی زراعت­های سالانه و دیمزارهای رها شده در اواخر فروردین و اوایل اردیبهشت ماه، یعنی زمان اخذ داده­ها توسط ماهواره، مشابه یا خیلی نزدیک به هم می­باشد. بنابراین پیکسل­هایی که در تصویر، اراضی مرتعی و زراعت­های سالانه را پوشش می­دهند دارای ارزش پیکسل یکسان یا نزدیک به هم هستند (8 و 11) که این موضوع در مطالعات Garrattand و Askew (1996) و Kazemi et al., (2011) نیز به آن اشاره شده و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج مطالعه حاضر و مطالعات انجام شده دیگری نظیر  Arzani et al.,(2007)، Kazemi et al., (2011) و Garrattand و Askew (1996) نشان می­دهد که برای تفکیک مناسب زراعت از سایر کاربری­ها به­خصوص مرتع و دیمزارهای رها شده، استفاده از داده­های زمانی مختلف در دوره رویش گیاهان زراعی به­خصوص در اواسط و پایان دوره زراعی برای تفکیک بهتر طبقه زراعت و دیمزارهای رها شده مناسب است (4، 8 و 11). همچنین، روش حداکثر احتمال، الگوریتم مناسبی جهت طبقه­بندی رقومی تصاویر ماهواره­ای می­باشد که با نتایج تحقیقات Alavi Panah (1996)، Hoseini (2002)، Arzani et al., (2007) و Kazemi et al., (2011) مطابقت داشته و آنها نیز این الگوریتم را جهت انجام طبقه­بندی مناسب دانسته و توصیه نموده­اند (2، 4، 8 و 10). این الگوریتم در نرم­افزار، پارامترهای آماری نظیر میانگین، واریانس و همبستگی بین داده­ها را محاسبه می­کند. در مرحله بعد با فرض اینکه توزیع داده­ها در هر کلاس نرمال است، مرکز این توزیع که همان میانگین داده­هاست محاسبه می­شود. سپس در یک شعاع جستجوی معین، پیکسل طبقه­بندی نشده را در آن کلاسی که با حداکثر احتمال به آن تعلق دارد طبقه­بندی می­کند (4). برتری این الگوریتم در طبقه­بندی داده­های ماهواره­ای بخصوص در تهیه نقشه کاربری توسط Hoseini (2002) و Alavi Panah (1996) تأیید شده که بر مزیت این الگوریتم نسبت به سایر الگوریتم­ها تأکید نموده­اند.

همان­طور که در جدول 2 آمده است، درآمد حاصل از تبدیل مراتع خوب و افزایش دیم­کاری در حوزه در کوتاه مدت موجب بالا رفتن ظاهری درآمد آبخیزنشینان و استفاده دو منظوره کشاورزی و دامداری از اراضی و ایجاد انگیزه برای تخریب بیشتر در این بازه زمانی شده است که حدود 6 میلیارد ریال افزایش درآمد را در پی داشته است، اما با محاسبه افزایش هدررفت 158693 متر مکعبی خاک حاصلخیز حوزه در اثر تغییرات غیرکارشناسی اراضی در این بازه زمانی و با در نظر گرفتن هر متر مکعب خاک حاصلخیز برابر ارزش 100000ریال، (این رقم به­صورت منطقه­ای و تقریبی با بررسی مناطقی که خاک اراضی کشاورزی در آنها از بین رفته و دوباره خاکریزی صورت گرفته است، تعیین گردید. به عبارتی دیگر، هزینه عملیات خاکریزی هر متر مکعب خاک حاصلخیز به­طور تقریبی حدود 100000 ریال بوده که در این تحقیق نیز به این رقم اکتفا شده است) سالانه 15869300000 ریال هدررفت خاک حاصلخیز در حوزه آبخیز سد آزاد و متعاقب آن تله­اندازی این مقدار رسوب در پشت سد و کاهش حجم مفید این سد مهم استان را در پی داشته و مشکلات کاهش کیفیت آب و سایر جوانب قضیه از جمله رهاسازی اراضی دیم بعد از چند سال استفاده که در حوزه مورد مطالعه روبه افزایش است را به­دنبال خواهد داشت. آبخیزنشینان سالانه حداقل حدود 10 میلیارد ریال (حاصل کسر 6 میلیارد ریال افزایش درآمد از 16 میلیارد ریال خسارات هدررفت خاک) به صورت مستقیم متضرر هدررفت خاک در اثر تغییر و تخریب اراضی حوزه می­شوند.

به­طور کلی، نتایج تحقیق حاضر، نشان­دهنده کارایی مناسب داده­های ماهواره­ای لندست 7 برای تهیه نقشه کاربری اراضی، جهت تسهیل در برنامه­ریزی مدیریت اراضی از جمله طبقه­بندی کاربری اراضی می­باشد. در این خصوص کنترل دقیق زمینی و استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی بر صحت نقشه تهیه شده می­افزاید که در تحقیقات سازمان مدیریت و برنامه­ریزی کشور نیز در زمینه پردازش رقومی تصاویر ماهواره­ای ETM+ در استخراج نقشه کاربری و پوشش اراضی، به این مهم اشاره شده است.

لازم به ذکر است که به­دلیل نقص در اصلاح کننده خط پرواز در تصاویر ETM+ از سال 2003 به بعد گپ وجود دارد که باعث ایجاد خطا می­شود. همچنین، تصاویر ماهواره­ای  ETM+در سطوح پایین مورد تصیحات هندسی قرار گرفته­اند، ولی دقت آن­ها خیلی کم و در حدود 500 متر نسبت به موقعیت واقعی می­باشد. لذا به منظور مرتفع نمودن چنین مشکلاتی پیشنهاد می­گردد با استفاده از نقشه­های توپوگرافی رقومی 1:25000 که هم دقت بالایی دارد و هم نسبتاً بهنگام می­باشند، نقاط کنترل زمینی (تقاطع جاده­ها، رودخانه­ها در مناطق کوهستانی، تأسیسات موجود در هر منطقه و غیره) را انتخاب نموده و نسبت به زمین مرجع نمودن تصاویر با استفاده از نقاط کنترل زمینی اقدام ­گردد که در تحقیق حاضر نیز از این روش بهره جسته شد. علاوه بر این، در صورت امکان بهتر است از تصاویر تصحیح هندسی شده توسط سازمان نقشه­برداری کشور که دارای دقت و پوشش یکنواختی است استفاده شود (7).

 

 


References

1-Ahmadi, R., 1995. Role of Land-use in the Development and Intensification of Mass Movements in Vaz Forest, M.Sc. Thesis, Humanities Faculty, Tarbiat Modares University, 127pp.

2-Alavi Panah, S.K., 1996. Land-use Mapping using TM Landsat Satellite Digital Data and Geographic Information System in Case Study of Mook Area in Fars Province. Journal of Agriculture and Natural Resources Science 7(1):65-76.

3- Ahmadi, H., 2007. Applied Geomorphology, Vol 1 (Water Erosion), Tehran University Press, 688pp.

4- Arzani, H., Kh., Mirakhorlou, S.Z., Hoseini, 2007. Land-use mapping using ETM+ sensor data of Landsat7 satellite (Case Study: A Part of Rangelands in Taleghan Watershed). Iranian Journal of Range and Desert Research 16(2):150-160.

5- Arekhi, S., Y., Niazi, 2008. Evaluation of Different Methods of Remote Sensing for Land-use Changes Monitoring (Case study: Darreh Shahr Area, Ilam Province). Iranian Journal of Range and Desert Research 17(1):74-93.

6- Chapi, K., 1998. Investigation of the Erosion Type and Rate in relation to Management of the Land Utilization and Determination of Sediment Yield Portion in order to Land-use Optimization. M.Sc. Thesis, Natural Resources Faculty, Tarbiat Modares University, 185pp.

7- Farajzadeh, M., M., Falah, 2008. Assessment of Land-use and Land Cover Change Impacts on Tajan River Flood Regimes using Remote Sensing Techniques. Journal of Geographical Research 64:89-104.

8- Garrattand, A., D., Askew, 1996. Assessing Vegetation characteristics of enclosed grassland using satellite imagery. Remote Sensing Science and Industry (11-14 sep. 1996 University of Durham U.K).

9- Hashiba, H., K., Kemeda, S., uesugi & S., Tanaka, 2000. Land use change Analysis of Tama of river basin with different spatial resolution sensor data by land sat MSS and TM. J. of Adv. Space. Res. 26(7):1069-1073.

10- Hoseini, S.Z., 2002. Investigation of ETM+ Landsat satellite data capability for Land-use Mapping (Case Study: Chamestan Area of Mazandaran), M.Sc. Thesis, Natural Resources Faculty, Tehran University.

11- Halder, A., A., Ghosh, S., Ghosh, 2011. Supervised and unsupervised landuse map generation from remotely sensed images using ant based systems. Applied Soft Computing 11:5770–5781.

12- Kazemi, M., Y., Mahdavi, A., Nohegar, P., Rezaei, 2011. Estimation of Land Cover and land-use Changes using Remote Sensing and Geographic Information System Techniques (Case Study: Tang Bostanak of Shiraz Watershed), Journal of Applied RS and GIS Techniques in Natural Resource Science 2(1):103-116.

13- Pishdad Soleimanabad, L., A., Salman Mahini, A., Najafinezhad, 2011. Economic Assessment of Land Us Land-use Change using Geographic Information Systems (Case Study: Cheragh-Veis Watershed, Saghez). Journal of Applied RS and GIS Techniques in Natural Resource Science 2(1):15-29.

14- Rules and Instruction of ETM+ Satellite Images Digital Processing in Map Extracting of Land Use and Land Cover of Plains Organizing Studies, Publication Num. 356. Management and Planning Organization of Country, Ministry of Agriculture Jihad.

15- Rai, S.C., E., Sharma, 1998. Comparative Assessment of Runoff characteristic under different land use pattern within a Himalaya watershed. Journal of Hydrological Processes 13(12):2235-2248.

16- Shataei Joibari, Sh., 1996. Forest Mapping using Satellite Images and Digitizing Methods, M. Sc. Thesis, Natural Resources Faculty, Tehran University, 111pp.

17- Shariat Jafari, M., J., Ghayomian, H.R., Peyrovan, 2006. Intrinsic Susceptibility of Geological Formations to Weathering and Erosion in the located basins in Sedimentary-Structural Zone of Central Iran Sub-Continent, Tarbait Moalem University Sciences Journal 6(2):709-722.

18- Zobeiri, M., A., Majd, 1996. Introduction to Remote Sensing Technology and Its Application in Natural Resources, Tehran University Press, 317pp.

19- Zebardast Rostami, H., 2008. Study of Groundwater Resources Condition using GIS and RS Techniques and Investigation of Land-use Change, M. Sc. Thesis, Sari Natural Resources Faculty, Mazandaran University, 54pp.

20- Zhang, X., T., Kang, H., wang, Y., Sun, 2010. Analysis on spatial structure of landuse change based on remote sensing and geographical information system. International Journal of Applied Earth Observation and Geo information 12:145–150.

 

 

 

 

 

 

 

Study on land-use changes using GIS and RS techniques and . economic evaluationcompared to soil loss changes. Case study: Azad dam watershed

 

M. Emamgholi[4]*, A. Safari1, K. Shahedi[5], M. H. Farhoudi1, Kh. Khosravi[6]

 

 

Abstract

This study was carried out for assess changes in land-cover and land-use from 1987 to 2006 in the Azad dam watershed of Kurdistan province. For this purpose, initially using Landsat satellite images, percent of vegetation cover map was provided then by correction geometric, radiometric and the season difference in imaging, the best band combination was selected and land-use maps was prepare using Maximum Similarity Likelihood algorithm and supervised classification. The overall accuracy test used to determine the accuracy of produced map. The result showed that, the area of irrigated land from 14.33% to 13.70%, dry land from 15.43% to 26.63% and poor rangelands from 24.37% to 42.17% have increased but, the average rangelands from 28.57% to 14.83% and good rangelands with shrub cover from 17.30% to 2.64% have been reduced. Also, classification accuracy in irrigation land, dry land, poor and average and good rangelands were determined 66, 74, 82, 76 and 84 percent respectively. Subsequently, the amount of soil loss and sediment yield using EPM model have been estimated that in 1987 this amount was 8.7 m3/ha/y and to 10.2 m3/ha/y for 2006 was increased. Finally, obtained results of economic estimation and occurred soil loss showed that stakeholders were damaged to 10 billion rails in the study area.

 

Keywords: Azad dam watershed, Supervised classification, Land-use change, Soil loss



[1]- دانش­آموخته کارشناسی ارشد آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، گروه آبخیزداری، ساری، ایران

* نویسنده مسئول: Email:  Maroufemamgholi@yahoo.com

[2]- استادیار دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

[3]- دانشجوی دکتری آبخیزداری، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، گروه آبخیزداری، ساری، ایران

*[4]- MS.c Watershed Management, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.

Maroufemamgholi@yahoo.com

[5]- Assistant Professor of Faculty Natural Resources, Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.

[6]- Ph.D Student Watershed Management, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, Iran.

1-Ahmadi, R., 1995. Role of Land-use in the Development and Intensification of Mass Movements in Vaz Forest, M.Sc. Thesis, Humanities Faculty, Tarbiat Modares University, 127pp.

2-Alavi Panah, S.K., 1996. Land-use Mapping using TM Landsat Satellite Digital Data and Geographic Information System in Case Study of Mook Area in Fars Province. Journal of Agriculture and Natural Resources Science 7(1):65-76.

3- Ahmadi, H., 2007. Applied Geomorphology, Vol 1 (Water Erosion), Tehran University Press, 688pp.

4- Arzani, H., Kh., Mirakhorlou, S.Z., Hoseini, 2007. Land-use mapping using ETM+ sensor data of Landsat7 satellite (Case Study: A Part of Rangelands in Taleghan Watershed). Iranian Journal of Range and Desert Research 16(2):150-160.

5- Arekhi, S., Y., Niazi, 2008. Evaluation of Different Methods of Remote Sensing for Land-use Changes Monitoring (Case study: Darreh Shahr Area, Ilam Province). Iranian Journal of Range and Desert Research 17(1):74-93.

6- Chapi, K., 1998. Investigation of the Erosion Type and Rate in relation to Management of the Land Utilization and Determination of Sediment Yield Portion in order to Land-use Optimization. M.Sc. Thesis, Natural Resources Faculty, Tarbiat Modares University, 185pp.

7- Farajzadeh, M., M., Falah, 2008. Assessment of Land-use and Land Cover Change Impacts on Tajan River Flood Regimes using Remote Sensing Techniques. Journal of Geographical Research 64:89-104.

8- Garrattand, A., D., Askew, 1996. Assessing Vegetation characteristics of enclosed grassland using satellite imagery. Remote Sensing Science and Industry (11-14 sep. 1996 University of Durham U.K).

9- Hashiba, H., K., Kemeda, S., uesugi & S., Tanaka, 2000. Land use change Analysis of Tama of river basin with different spatial resolution sensor data by land sat MSS and TM. J. of Adv. Space. Res. 26(7):1069-1073.

10- Hoseini, S.Z., 2002. Investigation of ETM+ Landsat satellite data capability for Land-use Mapping (Case Study: Chamestan Area of Mazandaran), M.Sc. Thesis, Natural Resources Faculty, Tehran University.

11- Halder, A., A., Ghosh, S., Ghosh, 2011. Supervised and unsupervised landuse map generation from remotely sensed images using ant based systems. Applied Soft Computing 11:5770–5781.

12- Kazemi, M., Y., Mahdavi, A., Nohegar, P., Rezaei, 2011. Estimation of Land Cover and land-use Changes using Remote Sensing and Geographic Information System Techniques (Case Study: Tang Bostanak of Shiraz Watershed), Journal of Applied RS and GIS Techniques in Natural Resource Science 2(1):103-116.

13- Pishdad Soleimanabad, L., A., Salman Mahini, A., Najafinezhad, 2011. Economic Assessment of Land Us Land-use Change using Geographic Information Systems (Case Study: Cheragh-Veis Watershed, Saghez). Journal of Applied RS and GIS Techniques in Natural Resource Science 2(1):15-29.

14- Rules and Instruction of ETM+ Satellite Images Digital Processing in Map Extracting of Land Use and Land Cover of Plains Organizing Studies, Publication Num. 356. Management and Planning Organization of Country, Ministry of Agriculture Jihad.

15- Rai, S.C., E., Sharma, 1998. Comparative Assessment of Runoff characteristic under different land use pattern within a Himalaya watershed. Journal of Hydrological Processes 13(12):2235-2248.

16- Shataei Joibari, Sh., 1996. Forest Mapping using Satellite Images and Digitizing Methods, M. Sc. Thesis, Natural Resources Faculty, Tehran University, 111pp.

17- Shariat Jafari, M., J., Ghayomian, H.R., Peyrovan, 2006. Intrinsic Susceptibility of Geological Formations to Weathering and Erosion in the located basins in Sedimentary-Structural Zone of Central Iran Sub-Continent, Tarbait Moalem University Sciences Journal 6(2):709-722.

18- Zobeiri, M., A., Majd, 1996. Introduction to Remote Sensing Technology and Its Application in Natural Resources, Tehran University Press, 317pp.

19- Zebardast Rostami, H., 2008. Study of Groundwater Resources Condition using GIS and RS Techniques and Investigation of Land-use Change, M. Sc. Thesis, Sari Natural Resources Faculty, Mazandaran University, 54pp.

20- Zhang, X., T., Kang, H., wang, Y., Sun, 2010. Analysis on spatial structure of landuse change based on remote sensing and geographical information system. International Journal of Applied Earth Observation and Geo information 12:145–150.

 

 

 

 

 

 

 

Study on land-use changes using GIS and RS techniques and . economic evaluationcompared to soil loss changes. Case study: Azad dam watershed