مقاله: بررسی تغییرات کاربری زمین در حوضه آبریز ابهر رود با استفاده از تصاویر ماهواره لندست

بررسی تغییرات کاربری زمین در حوضه آبریز ابهر رود با استفاده از تصاویر ماهواره لندست

(تغییرات کاربری زمین حوضه ابهر رود)

مقدمه

حوضه­ های آبریز ازجمله واحدهای مهم مطالعاتی در ژئومورفولوژی است. بررسی تغییرات کاربری زمین در این نواحی از موضوعات مهم به شمار می‌رود زیرا تغییرات کاربری می­تواند منجر به از دست رفتن منابع طبیعی، افزایش رسوب‌دهی و حتی افزایش احتمال وقوع سیلاب‌ها گردد.

یکی از روش­های طبقه‌بندی کاربری اراضی و بررسی تغییرات استفاده از تصاویر ماهواره­ای است.

از مزیت­های این روش هزینه­ی کم و دسترسی به بازه زمانی طولانی‌مدت است.

پرایس و همکاران به‌منظور بهبود دقت تهیه نقشه‌های کاربری اراضی در یک منطقه کم وسعت در آمریکا از سه تصویر ماهواره Landsat در زمان‌های مختلف در طول یک سال استفاده نمودند ( ,Price et al 1997).

بر این اساس ایشان با ترکیب الگوریتم‌های نظارت‌شده و نظارت‌نشده درروش پیکسل پایه، دقت بالای ۹۰ را در تولید نقشه‌های کاربری اراضی گزارش و نشان دادند که استفاده از چند تصویر در طول سال دقت تولید نقشه‌های کاربری اراضی را به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای افزایش می‌دهد.

سفیانیان و خداکرمی (۱۳۹۰) با استفاده از دو سری تصویر مربوط به ماه‌های اردیبهشت و مرداد و پر مینای سیستم طبقه‌بندی فازی نقشه‌های کاربری اراضی را برای سه حوضه آبریز در استان همدان تهیه و نتیجه‌گیری نمودند.

که استفاده از چندین تصویر متناسب با تقویم زراعی گیاهان غالب منطقه موردمطالعه امکان تفکیک آن‌ها را به‌طور مناسبی فراهم می‌سازد.

علی محمدی و همکاران (۱۳۸۸) نیز طی تحقیقی طبقه‌بندی پوشش‌های جنگلی شهرستان آستارا را با استفاده از تصاویر ماهواره SPOT و الگوریتم‌های مختلف طبقه‌بندی با و بدون استفاده از داده‌های ارتفاع و شیب بررسی نمودند و نشان دادند که جدا از روش طبقه‌بندی، استفاده از این اطلاعات موجب افزایش قابل‌ملاحظه دقت طبقه‌بندی می‌گردد.

در این تحقیق تلاش ده است تا با استفاده از تصاویر ماهواره لندست تغییرات کاربری زمین در حوضه آبریز ابهر رود بین سال­های 1998 تا 2018 موردبررسی قرار گیرد. بررسی تغییر کاربری در این منطقه به دلیل وجود سد و اراضی کشاورزی و خاک­های مرغوب از اهمیت بالایی برخوردار است.

منطقه موردمطالعه

حوضه آبریز ابهر رود بین عرض جغرافیایی 9/35 تا 5/36 و طول جغرافیایی 8/48 تا 4/49 در استان زنجان قرار دارد که شهرستان ابهر و قسمت‌هایی از خرمدره در آن قرار می‌گیرند.(تغییرات کاربری زمین حوضه ابهر رود)

به لحاظ طبیعی این حوضه بخشی از حوضه آبریز دریاچه نمک است که با مساحت 5/1916 کیلومترمربع و محیط 205 کیلومتر در شمال غربی حوضه دریاچه نمک قرار دارد.

شکل 1 موقعیت جغرافیایی حوضه آبریز ابهر رود را نشان می­دهد.

شکل 1: موقعیت حوضه آبریز ابهر رود

به لحاظ ارتفاعی کمترین ارتفاع مشاهده‌شده در حوضه آبریز ابهر رود 1421 متر و بیشترین ارتفاع 2946 متر است. شکل 2 تصویری کلی از ناهمواری­های منطقه موردمطالعه را نشان می­دهد. بر اساس این شکل ارتفاعات منطقه از شمال غرب به جنوب شرق کشیده شده­اند و دره رود اصلی بین ارتفاعات شمالی و جنوبی با امتداد شمال غربی- جنوب شرقی قرار گرفته است.

علاوه بر این شکل 2 موقعیت شهرهای ابهر و خرمدره را در مجاورت ابهر رود نشان می­دهد.

شکل 2: شرایط ارتفاعی حوضه آبریز ابهر رود

مواد و روش پژوهش

هدف اصلی از این مطالعه، ارزیابی تغییرات کاربری زمین طی سال­های 1989 تا 2018 در حوضه آبریز ابهر رود می‌باشد. برای دست­یابی به این مهم، از داده‌ها و تکنیک‌های سنجش‌ازدور(RS^[1]) و سیستم اطلاعات جغرافیایی^[2] استفاده‌شده است.

منبع اصلی داده­ها­، منبع اصلی داده‌ها تصاویر ماهواره­ی لندست (در سال 1989 و 2018) بوده که پس از اعمال تصحیحات رادیومتری و هندسی مورداستفاده قرار گرفت.

تصویر مورداستفاده برای سال 1989 مربوط به ماهواره لندست 4 و 5 و تصویر مورداستفاده برای سال 2018 مربوط به ماهواره لندست 8 است.(تغییرات کاربری زمین حوضه ابهر رود)

جدول 1 تعدادی از مشخصات این دو ماهواره و تصاویر مورداستفاده را نشان می‌دهد و در شکل 1 نیز ترکیب باندی حقیقی از دو تصویر مورداستفاده دیده می‌شود.

جدول 1- مشخصات تصاویر ماهواره‌ای مورداستفاده

شکل 1: ترکیب باندی حقیقی از منطقه موردمطالعه

در مرحله بعد، نقشه‌های کاربری زمین از روی تصاویر ماهواره‌ای ایجاد گردید.

برای این منظور ابتدا با انتخاب سمپل های معیین، انواع کاربری ها مطابق با هدف مطالعه به پنج گروه؛ ساخته‌شده، ساخته‌شده، کشاورزی و فضای سبز، زمین‌های کشاورزی آیش، آب و زمین‌های بایر تقسیم شد.

سپس با استفاده از مدل  FUZZY ARTMAP، نقشه‌ی کاربری اراضی تولید گردید.

مدل  FUZZY ARTMAP که در زیرگروه مدل‌های طبقه‌بندی نظارت‌شده قرار دارد منطبق بر منطق فازی است.

نظریه مجموعه‌های فازی مفهوم جدیدی است که بر اساس آن، عضویت جزئی اجازه می‌دهد که اطلاعات در موقعیت‌های پیچیده‌تر مثل پوشش‌های مخلوط یا شرایط حد وسط، بهتر نمایش داده‌شده و به کار روند.

اگرچه تحلیل تصاویر سنجش‌ازدور با استفاده از مجموعه‌های فازی دشوار است اما با توجه به اینکه در داده‌های سنجش‌ازدور اغلب تعیین مرز بین دو رده مختلف آسان نیست می­توان ازنظریه مجموعه‌های فازی به‌صورت کیفی استفاده کرد.

در این نظریه رتبه عضویت می­تواند مقداری بین 0 تا 1 باشد. درحالی‌که به شکل معمول در عضویت نظریه مجموعه­ها رتبه­ی عضویت فقط 1 یا صفر در نظر گرفته می­شود.

برخلاف روش معمول رده­بندی که هرکدام از مناطق آموزشی، حاوی موادی هستند که در نوع خود خالص است و هیچ‌گونه تغییرات تدریجی در آن­ها وجود ندارد، در این روش لزومی ندارد که نقاط تعلیمی به‌طور کامل یکنواخت باشند. روش فازی آرت­مپ یکی از انواع طبقه‌بندی‌های سنجش‌ازدور است که بر اساس تجزیه‌وتحلیل شبکه عصبی با استفاده از تئوری تشدید تطبیقی استوار است (زائری امیرانی و سفیانیان، 1391).(تغییرات کاربری زمین حوضه ابهر رود)

طبقه‌بندی نظارت‌شده فازی آرت­مپ شامل چهار لایه زیر است:

لایه ورودی (F1)، لایه طبقه­بندی (F2)، لایه زمینه نقشه و لایه خروجی

لایه ورودی تصاویر واردشده را نمایش می­دهد، بنابراین برای اندازه­گیری هر معیار نرون­هایی وجود دارد. لایه ورودی برای بی­نهایت معیار به شرح زیر است:

در این روش تعداد نرون­های لایه F2 به شکل خودکار تعیین می­شوند (زائری امیرانی و سفیانیان، 1391).

در گام بعدی تغییرات کاربری­ها در طی دوره‌های زمانی موردمطالعه (1989 تا 2018) با استفاده از مدل LCM^[3] محاسبه گردید.

LCM یا Land Change Modeler مدل‌ساز تغيير كاربري اراضي (قابل‌دسترس در نرم‌افزار IDRISI و به‌صورت اكستنشن در (ArcGIS ابزاری براي ارزيابي و طراحي تغيير پوشش زمين فراهم می‌کند و كاربري اراضي يا پوشش زمين را آناليز می‌کند (Václavík & Rogan, 2009; Gontier et al. 2009; Eastman et al. 2012).

اين مدل قادر به ايجاد سناريوهاي تغيير اراضي با ادغام عامل‌های زيستي، فيزيكي و اجتماعي – اقتصادي است كه در تغيير كاربري اراضي تأثيرگذارند (McConnel et al, 2004).

بعد از انتخاب زير مدل‌ها و طبق متغيرهاي مستقل انتخاب‌شده، مدل‌سازی پتانسيل تبديل هر كاربري با روش رگرسيون لجستيك انجام می‌شود.

به اين مفهوم كه هر پيكسل از تصوير براي تغيير از يك كاربري به نوع ديگر چقدر پتانسيل دارد رگرسيون لجستيك از روش برآورد حداكثر احتمال براي پيدا كردن بهترين مجموعه پارامترهايي كه مدل را بهتر برازش می‌کنند، استفاده می‌کند.

خروجي مدل، ضریب‌هایی بين صفر و يك خواهد داشت كه از طريق تئوري فازي به احتمالات بيشتر از 5/0 ارزش یک (تغییر) و به احتمالات کمتر از 5/0 ارزش صفر (عدم‌تغییر) می­دهد و نقشه بولين تخريب را توليد می‌کند.

رگرسيون لجستيك با اين فرض به كار می‌رود كه احتمال يك بودن متغير وابسته از منحني لگاريتمي پيروي می‌کند و مقدار آن توسط رابطه زیر به دست می­آید:

اين تغيير لگاريتمي باعث می‌شود احتمال پیش‌بینی‌شده در دامنه صفر تا يك پيوسته باشد و خروجي مدل به‌صورت يك نقشه پیش‌بینی مكاني احتمال تخريب ارائه شود (عزیزی قلاتی و همکاران، 1393).(تغییرات کاربری زمین حوضه ابهر رود)

بنابراین در پژوهش حاضر با توجه به هدف مطالعه تغییرات کاربری زمین موردمحاسبه قرار گرفت.

در نهایت مقدار تغییرات در کاربری‌های مختلف محاسبه و مقایسه گردید.

تجزیه‌وتحلیل

نتایج حاصل از طبقه‌بندی کاربری زمین در سال 1998 در شکل 4 ارائه‌شده است.

همان‌طور که در این شکل دیده می­شود زمین­های ساخته‌شده بیشتر در مجاورت رود اصلی گسترش‌یافته‌اند اما تعدادی از سکونت‌گاه‌های روستایی نیز به شکل پراکنه در دو طرف دره اصلی دیده می­شوند.

زمین­های کشاورزی، فضای سبز و آیش نیز اکثراً در اطراف رود اصلی و جریان­های پر آب تر قرار دارند.

اراضی پوشیده از آب بسیار محدود بوده و زمین‌های بایر عمدتاً منطبق بر ارتفاعات منطقه است.

شکل 4: کاربری زمین در سال 1989 در منطقه موردمطالعه

بر اساس جدول 2 زمین­های بایر با 1/70 درصد بیشترین مساحت حوضه را در سال 1989 تحت پوشش داشته­ اند.

کمترین مساحت مربوط به زمین‌های تحت پوشش آب بوده است.

زمین­های ساخته‌شده تنها 4/1 درصد از منطقه را شامل می‌شده است و 4/18 درصد از مساحت مربوط به زمین‌های کشت‌شده و پوشش گیاهی بوده است. علاوه بر این 1/10 درصد از منطقه را نیز زمین­های آیش شامل می‌شده است.(تغییرات کاربری زمین حوضه ابهر رود)

جدول 2: مساحت واحدهای کاربری زمین در سال 1989 در منطقه موردمطالعه

برای مشاهده مطالب بیشتر به سایت فرزدان مراجعه نماید.