بررسی تغییرات کاربری اراضی و ارتباط آن با سطح آب های زیرزمینی (مطالعه موردی: دشت اردبیل)

پیشینه و هدف آب ­های زیرزمینی مهم­ترین منبع آب شیرین جهان هستند. آب آشامیدنی دو میلیارد نفر مستقیما از آب های زیرزمینی تامین می شود و برای آبیاری بزرگ ­ترین بخش تهیه غذا در جهان استفاده می شود. برداشت بی­رویه مخازن آب زیرزمینی موجب گردیده که میزان تغذیه آبخوان جواب­گوی برداشت نبوده و سطح آب زیرزمینی افت نماید. افت سطح آب زیرزمینی مشکلاتی همچون خشک شدن چاه های آب، کاهش دبی رودخانه و آب دریاچه ­ها، تنزیل کیفیت آب، افزایش هزینه پمپاژ و استحصال آب و نشست زمین را به دنبال دارد. آگاهی از تغییرات تراز آب به منظور شناخت از وضعیت سفره های آب زیرزمینی و مدیریت بهینه آن ضرورت دارد. با ارزیابی نوسان سطح آب زیرزمینی می توان از آن در مدیریت منابع آب استفاده نمود.  یکی از کاربردهای عمده سنجش از دور کشف و تعیین تغییرات کاربری های اراضی است. با استفاده از سنجش از دور، امکان بررسی و شناسایی پدیده های مختلفی وجود دارد. هدف از این تحقیق بررسی تاثیر کاربری های مختلف بر روی سطح تراز آب های زیرزمینی با استفاده از روش­های زمین آماری درونیابی و همچنین روش طبقه بندی شیءگرا برای استخراج نقشه کاربری اراضی می­باشد. مواد و روش ­ها دشت اردبیل یک دشت میان کوهی که در شمال غرب ایران و در شرق فلات آذربایجان جای گرفته است. این دشت به وسعت ۹۹۰ کیلومترمربع در بین ارتفاعات بلند اطرافش محصور شده است و از لحاظ تقسیمات سیاسی شامل قسمت هایی از شهرستان­ های اردبیل و نمین می ­شود. داده های مورد استفاده در این تحقیق شامل، تصویر ماهواره لندست ۸ که از سنجنده OLI به منظور استخراج نقشه کاربری اراضی برای سال ۱۳۹۴ و همچنین از تصویر سنجنده TM لندست ۵ به منظور تهیه نقشه کاربری اراضی برای سال ۱۳۶۶ استفاده شد. در این پژوهش از داده ­های عمق آب زیرزمینی ۴۳ حلقه چاه پیزومتر در سطح دشت اردبیل استفاده شد. مراحل انجام تحقیق بدین ترتیب بود که پس از آماده ­سازی آمار چاه ­های پیزومتری جهت برطرف کردن نواقص موجود در داده­ های مطالعاتی از روش بازسازی داده ها استفاده گردید. روش بازسازی استفاده شده که صرفا برای برطرف کردن نواقص در داده ها از روش میانیابی در نرم افزار Neural Power (بر مبنای شبکه عصبی مصنوعی)، انجام گرفت. جهت نرمال سازی داده­ ها از تبدیل های لگاریتمی در نرم ­افزار SPSS  استفاده  شد، و از نرم افزار+GS  برای تحلیل­ های زمین آماری استفاده شد. به منظور تصحیحات جوی و رادیومتریکی از نرم افزار ENVI و جهت استخراج نقشه­  لایه ­ها از نرم افزار ArcGIS استفاده شد. نتایج و بحث بیشترین مساحت در سال ۱۳۶۶ متعلق به کلاس کشاورزی آبی با ۵۱۸۴۰ هکتار مساحت می باشد. دومین مساحت مربوط به کلاس کشاورزی دیم می باشد که با ۴۸۷۹۰ هکتار بیشترین مساحت را دارا می باشد. کمترین مساحت نیز متعلق به کاربری آب با ۸۸.۶۵ هکتار است. با نگاهی به کاربری های سال ۱۳۹۴ نتایج به دست آمده تفاوت های معنی ­داری را نشان داد، به صورتی که کاربری کشاورزی آبی با ۱۰.۱۷ هکتار افزایش نسبت به سال ۱۳۶۶ افزایش معنی داری را داشته است. بعد از استخراج نقشه تغییرات کاربری اراضی به منظور انتخاب بهترین مدل درون­یابی از بین مدل­ های مختلف، تمامی مدل ­ها مورد ارزیابی قرار گرفتند و تنها مدل­ هایی انتخاب شدند که دارای دقت بیشتری نسبت به سایر مدل­ ها بودند. بیشترین میانگین تراز آب در سال ۱۳۶۶ برای کاربری کشاورزی آبی ثبت شده است و کمترین میانگین تراز آب نیز برای محدوده جنگل ثبت شده است. باملاحظه نقشه کاربری اراضی و نقشه تراز آب زیرزمینی سال ۱۳۹۴ نیز، تحلیل فوق ثابت می شود و همانطور که مشخص می باشد بیشترین میانگین تراز آب در این سال نیز متعلق به کاربری کشاورزی آبی با ۲۰.۱۷ متر می باشد و کمترین میانگین تراز آب ثبت شده نیز مربوط به کاربری جنگل با ۱۱.۴۵ متر می باشد. که کاربری آب نسبت به سال ۱۳۶۶ دارای کاهش تراز سطح آب بوده است که این کاهش تراز آب باعث کاهش سطح آب سدها شده است و همچنین باعث کاهش حجم آب رودخانه ها بوده و حتی باعث خشک شدن چندین مورد از این رودخانه ها گردیده است. بعد از کاربری آب، از جمله کاربری های جالب توجه که لازم به تحلیل و علت­جویی آن می باشد، کاربری کشاورزی آبی است. این کاربری در سال ۱۳۶۶ بیشترین افت تراز را دارا بوده است و در سال ۱۳۹۴ نیز با بیشترین افت تراز آب مواجه شده است. علت آن را می توان در عامل برداشت بیش از حد از آب های زیرزمینی برای محصولاتی آبی که نیاز بیشتری به آبیاری دارند، دانست. باتوجه به اینکه محصولات دیمی محدوده مورد مطالعه اغلب گندم بوده و نیازی به آب ندارند یا نیاز کمتری دارند ولی میزان تراز آب زیرزمینی سال ۱۳۹۴ نسبت به سال ۱۳۶۶ با افت قابل توجهی همراه بوده است. کاربری مرتع نیز در سال ۱۳۹۴ نسبت به سال ۱۳۶۶ افت چشمگیری داشته که این امر نشان دهنده وضعیت بحرانی آب های زیرزمینی و استفاده بیش از حد از این منابع می­ باشد. نتیجه­ گیری در این پژوهش به منظور طبقه بندی و سپس بررسی تغییرات در بازه زمانی مشخص اقدام به طبقه بندی تصاویر از روش طبقه بندی شیءگرا در نرم افزار eCognition و خروجی ها در نرم افزار ArcGIS استخراج شد. ارزیابی صحت طبقه بندی برای سال ۱۳۹۴ از دقت بسیار بالایی برخوردار می باشد به طوری که صحت کلی و ضریب کاپای استخراج شده در بالاترین سطح ممکن یعنی صحت کلی ۱۰۰ درصد و ضریب کاپای ۰.۹۹ و برای سال ۱۳۶۶ نیز با دقت کمتر استخراج شد و صحت کلی برای سال ۱۳۶۶، ۹۸ درصد و ضریب کاپای ۰.۹۵ انجام شد. بعد از استخراج نقشه تغییرات کاربری اراضی به منظور انتخاب بهترین مدل درون­یابی از بین مدل ­های مختلف، تمامی مدل­ ها مورد ارزیابی قرار گرفتند که با توجه به مقادیر ME و RMSE روش کریجینگ از دقت بالاتری نسبت به سایر روش­ ها برخوردار است که از بین حالت­های مختلف روش کریجینگ نیز مدل گوسی دارای بیشترین دقت می ­باشد. طبق نتایج به دست آمده بیشترین کاربری تغییریافته در این محدوده، کاربری مرتع به کشاورزی آبی و کشاورزی دیم بوده است. این تغییر نشان می دهد که افزایش کاربری کشاورزی آبی و کشاورزی دیم در این محدوده با کاهش کاربری مرتع همراه بوده است که نشان دهنده تخریب مراتع است. طبق نقشه تراز آب زیرزمینی، بیشترین میانگین تراز آب در سال ۱۳۶۶ برای کاربری کشاورزی آبی ثبت شده است و کمترین میانگین تراز آب نیز برای محدوده جنگل ثبت شده است. همچنین، بیشترین میانگین تراز آب در سال ۱۳۹۴ نیز متعلق به کاربری کشاورزی آبی با ۲۰.۱۷ متر می باشد و کمترین میانگین تراز آب ثبت شده نیز مربوط به کاربری جنگل با ۱۱.۴۵ متر می باشد. از جمله کاربری های جالب توجه که لازم به تحلیل و علت­جویی آن می باشد، کاربری کشاورزی آبی است. این کاربری در سال ۱۳۶۶ بیشترین افت تراز را دارا بوده است و در سال ۱۳۹۴ نیز با بیشترین افت تراز آب مواجه شده است. علت آن را می توان در عامل برداشت بیش از حد از آب های زیرزمینی برای محصولاتی آبی که نیاز بیشتری به آبیاری دارند، دانست. در مجموع تمامی کاربری ­ها در سال ۱۳۹۴ نسبت به سال ۱۳۶۶ با کاهش میزان تراز آب مواجه بوده­ اند. در نتیجه تغییرات رخ داده موجب استفاده بیشتر کشاورزان از منابع آب زیرزمینی شده که افت سطح آب زیرزمینی را طیدوره ۲۸ ساله در منطقه مورد مطالعه را به دنبال داشته است. این استفاده بیش از حد مجاز به اندازه ای بوده که در طی دوره مذکور۹.۴ متراز سطح تراز میانگین دشت کاسته شده است.   http://dorl.net/dor/۲۰.۱۰۰۱.۱.۲۶۷۶۷۰۸۲.۱۴۰۰.۱۲.۱.۵.۶

Keywords:

آب های زیرزمینی , کاربری اراضی , روش های زمین آمار , طبقه بندی شیءگرا