تجزیه و تحلیل فضایی-زمانی پوشش زمین در حوضه آبخیز ماخاوان (MP)، هند از طریق تکنیک های سنجش از دور و GIS

مطالعه حاضر تلاشی برای ارزیابی تغییرات کاربری/پوشش زمین (LU/LC) در سطح حوزه آبخیز از طریق تکنیک‌های سنجش از دور و GIS، در حوضه آبخیز ماخاوان، مادهیا پرادش (هند) می‌کند. این مطالعه شامل داده های ماهواره ای چند زمانی IRS-1D LISS III در سال 2001 و IRS-P6 LISS III در سال 2011 است که به صورت بصری تجزیه و تحلیل شده اند. این مطالعه نشان می‌دهد که تغییرات عمده LU/LC به دلیل اثرات ترکیبی بسیاری از پارامترها، یعنی. کاهش متوسط ​​بارندگی، شهرنشینی بیشتر، فعالیت‌های کشاورزی پایدار و برنامه‌های احیای موفق اراضی بایر. تغییرات عمده LU/LC در کاهش حوضه در زمین های غیر کشت (15.79٪)، زمین های بایر در حالی که افزایش در بوته های باز (13.99٪) و زمین های زیر کشت مشاهده شد. تغییرات در دسته‌های LU/LC نیز با ارتفاع مقایسه می‌شود که نشان می‌دهد بیشتر تغییرات مربوط به نواحی کم ارتفاع (محدوده‌های ارتفاع پایین‌تر) است، به جز اسکراب باز که تغییرات را در محدوده پستی و بلندی نشان می‌دهد. یکی دیگر از تغییرات قابل توجه کوچک شدن مخزن در دوره 2001-2011 است که با کاهش بارندگی در طول سال ها مرتبط است.

واژه‌های کلیدی:

کاربری اراضی/پوشش زمین، سنجش از دور، GIS، حوزه آبخیز

1. مقدمه

الگوی کاربری زمین در هر زمین بازتابی از فرآیند پیچیده فیزیکی است که بر سطح زمین عمل می کند. این فرآیندها شامل تأثیر شرایط اقلیمی، زمین شناسی و توپوگرافی بر توزیع منابع طبیعی است. سنجش از دور به عنوان یکی از فناوری‌های مرزی در زمان‌های اخیر به دلیل قابلیت‌های پوشش تکراری و هم‌دید آن که در ارزیابی تغییرات کاربری/پوشش زمین در حوزه سری زمانی مفید است، پدیدار شده است. اطلاعات در مورد کاربری/پوشش زمین موجود (LU/LC)، توزیع فضایی و تغییرات آن پیش نیاز ضروری برای برنامه ریزی است [1 ]. تشخیص و نظارت بر تغییرات محیطی را می توان با استفاده از تصویر چند داده برای ارزیابی تفاوت در LU/LC انجام داد. ممکن است به دلیل فعالیت های انسانی یا تغییر شرایط محیطی باشد[ 2 ] .

GIS ابزاری موثر برای حل مشکلات جغرافیایی-علمی ایجاد پایگاه جغرافیایی منابع طبیعی و ادغام لایه های مختلف داده موضوعی برای مطالعه روابط بین لایه های مختلف است. تکنیک‌های GIS و سنجش از دور در زمان‌های اخیر به‌طور مؤثری مورد استفاده قرار گرفته‌اند، زیرا ابزارهای پیشرفته اطلاعات مربوط به منابع زمین را با دقت، کارآمدی و سرعت بیشتری نسبت به روش‌های مرسوم جمع‌آوری می‌کنند [ 3 ]. مدل رقومی ارتفاع (DEM)، پوشش چند لایه و تحلیل شطرنجی نیز از GIS تولید می‌شود که در ارزیابی تغییرات پوشش زمین مفید است.

تغییرات LU/LC از سال 1998 تا 2010 در جزیره نیل در آندامان با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و GIS مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت، جایی که مشخص شد جنگل، حرا و مساحت صخره‌ها کاهش یافته است در حالی که سواحل شنی به 88.2 درصد طی سال‌های 1998-2010 افزایش یافته است [ 4 ]. مخازن آبزی پروری و زمین های کشاورزی از سال 2000 تا 2010 به ترتیب 7.34% و 5.56% کاهش یافته است. برخی از مزارع مخلوط با محصولات زراعی، زمین های آیش و زمین های ساخته شده افزایش یافته است در حالی که نهرها / نهرهای طبیعی، حرا و غیره کاهش یافته اند [ 5 ]] . در حوضه آبریز چیلکا، واقع در سواحل شرقی هند، تغییرات LU/LC از سال 1975 تا 2012 رخ داده است که مؤلفه‌های مختلف مسئول این تغییر را با افزایش از دست دادن تنوع زیستی، فرسایش خاک و مدیریت نامناسب زمین مرتبط می‌کند [ 6 ].

مطالعه حاضر با هدف ارزیابی تغییرات LU/LC طی ده سال یعنی با استفاده از داده های ماهواره ای IRS در سال های 2001 و 2011 در حوضه آبخیز ماخاوان در ایالت مادهیا پرادش در هند مرکزی انجام شده است، علاوه بر آن تلاشی نیز صورت گرفته است. برای همبستگی تغییرات LU/LC با مدل ارتفاعی دیجیتال منطقه.

2. منطقه مطالعه

حوضه آبخیز ماخاوان در ناحیه گونا در مادهیا پرادش، هند مرکزی واقع شده است و مساحتی معادل 153.9 کیلومتر مربع را پوشش می دهد ^و بین 24 درجه و 40 دقیقه عرض جغرافیایی تا 24 درجه و 45 دقیقه شمالی و 77 درجه و 15 دقیقه تا 77 درجه و 20 دقیقه طول شرقی محدود می شود ( شکل 1).). حداکثر و کمترین ارتفاع در منطقه مورد مطالعه به ترتیب 555 متر و 440 متر بالاتر از سطح متوسط ​​دریا (MSL) است. این منطقه توسط نهر ناگری و شاخه های آن زهکشی می شود. یک سد کوچک بر روی رودخانه ساخته شده است که مخزنی را در قسمت شمال غربی منطقه مورد مطالعه تشکیل می دهد که در درجه اول به عنوان منبع واحد برای آبیاری در یک حوضه آبخیز بارانی عمل می کند. خاک حوضه متشکل از انواع مختلفی است مانند هاپلسترت های تیپیک (68/32%)، خاکی متوسط ​​تا عمیق، با خاک ریز با زهکشی متوسط ​​که در شیب های ملایم یافت می شود و هاپلسترت های کروماتیک (01/15%) خاک ریز عمیقی است که از شیب بسیار ملایم گزارش شده است. از نظر زمین شناسی این منطقه با آبرفت های اخیر و تله های دکن نشان داده می شود، علاوه بر این با دو واحد ژئومورفیک یعنی تپه های برهنه ای و فلات مشخص می شود.[ 3 ] . زهکشی قرار گرفته بر روی DEM در شکل 2 نشان داده شده است . آب و هوای منطقه از نظر گرمسیری خشک و نیمه مرطوب با میانگین بارندگی حدود 821 میلی متر است. محصولات اصلی این منطقه گندم، خرد شده، پنبه، ذرت و غیره است.

3. منبع داده

بررسی ورق توپوگرافی هند (SOI) شماره 54H/6 (مقیاس 1:50000) در سالهای 1982-1983 برای تهیه نقشه پایه، نقشه زهکشی و سایر جزئیات اولیه استفاده شد. کامپوزیت رنگ کاذب ژئوکد شده (FCC) IRS-1D LISS III در سال 2001 با وضوح فضایی 36.25 متر و IRS-P6 LISS III سال 2011 با وضوح فضایی 23.5 متر از ترکیب نوارهای سبز، قرمز و نزدیک مادون قرمز برای استخراج اطلاعات در مورد استفاده شد. پارامترهای مختلف حوضه داده های ASTER با وضوح 30 متر برای تهیه DEM از وب سایت https://www.gdem.aster.erdac.or.jp/search.jsp دانلود شد .

علاوه بر این، اطلاعات ثانویه در قالب گزارش های منتشر شده، مقالات، نقشه ها از منابع دولتی و غیردولتی نیز مورد بررسی قرار گرفت.

4. روش شناسی

مطالعه با مرور ادبیات و جمع آوری اطلاعات/داده های مربوط به منطقه مورد مطالعه آغاز می شود. پایه

نقشه‌ای تهیه شد که ویژگی‌های اصلی طبیعی و انسان‌ساخت را از صفحه صفحه SOI در مقیاس 1:50000 نشان می‌دهد.

داده های ماهواره ای با استفاده از عناصر عکاسی و ژئوتکنیکی علاوه بر دانش میدانی در مورد منطقه مورد مطالعه تفسیر شد.

تفسیر بصری داده های سنجش از دور یک روش موثر برای طبقه بندی پوشش زمین است، به ویژه زمانی که تحلیلگر با منطقه طبقه بندی شده آشنا باشد. این روش از مهارت‌هایی استفاده می‌کند که در ابتدا برای تفسیر عکس‌های هوایی توسعه داده شد و ویژگی‌های تصویر مانند تن، بافت، شکل، الگو و رابطه با اشیاء دیگر را برای شناسایی طبقات مختلف پوشش زمین در نظر می‌گیرد. تجزیه و تحلیل داده های سنجش از دور با تأیید صحت میدانی/زمینی که در مناطق کلیدی انجام می شود برای اطمینان از صحت داده های ماهواره ای پشتیبانی می شود.

نقشه‌های LU/LC از طریق تفسیر بصری داده‌های IRS در سال‌های 2001 و 2011 تهیه شد. عناصر عکاسی و دانش میدانی برای ترسیم دسته‌های مختلف LU/LC مانند زمین‌های زیر کشت، زمین‌های غیرقابل کشت، جنگل‌های انبوه، بوته‌های باز، زمین‌های بایر، بدنه آبی و زمین ساخته شده

نقشه‌های LU/LC سال‌های 2001 و 2011 با استفاده از Georefrencer و Geotrans-2 اسکن، تصحیح و کدگذاری شدند و با استفاده از ArcView 3.2 دیجیتالی شدند. شناسه چند ضلعی منحصر به فرد به هر کلاس LU/LC اختصاص داده شد. نقشه دیجیتالی شده بود

ویرایش، پاکسازی و خطاهای دیجیتالی شدن قبل از نهایی شدن نقشه ها حذف شدند.

مساحت زیر هر دسته از LU/LC برحسب کیلومتر مربع و همچنین بر حسب درصد محاسبه و محاسبه شد. تحلیل تطبیقی ​​نقشه‌های LU/LC برای پی بردن به تغییرات طی دوره 2001-2011 با قرار دادن دو نقشه انجام شد. سپس نقشه ها روی DEM قرار گرفتند ( شکل 3 و شکل 4 ) تا همبستگی بین ارتفاع و LU/LC مشخص شود. شکل 5 نمودار جریان روش شناسی اتخاذ شده را نشان می دهد.

5. نتایج و بحث

برای توسعه و مدیریت بهتر حوضه های آبریز مخازن، داشتن اطلاعات به موقع و موثق در مورد کاربری/پوشش اراضی ضروری است. برای مطالعه حاضر، داده‌های IRS سال‌های 2001 و 2011 به صورت بصری تفسیر شدند که منجر به شناسایی و تعیین دسته‌های LU/LC زیر در منطقه مورد مطالعه شد:

6. زمین زیر کشت

زمین زیر کشت در FCC با رنگ قرمز، بافت صاف و خطوط مرزی منظم تا زیر منظم شناخته می شود. مشخص شد که زمین زیر کشت از 51/30 کیلومتر مربع ⁽ 83/19 درصد) در سال 2001 به 65/35 کیلومتر مربع ⁽ 17/23 درصد) در سال 2011 افزایش یافته است که عمدتاً به دلیل انقباض مخزنی است که به زمین زیر کشت در اطراف آن تبدیل شده است. افزایش اراضی زیر کشت نشان از اعمال خوب کشاورزی، برنامه های احیای زمین و احیای کشاورزان است.

7. زمین غیر زیر کشت

زمین های کشت نشده رنگ خاکستری، بافت درشت، خطوط مرزی نامنظم و الگوهای تصادفی را نشان می دهند. از 41.49 کیلومتر مربع ⁽ 26.96 درصد) در سال 2001 به 17.18 کیلومتر مربع ⁽ 11.17 درصد) در سال 2011 کاهش یافت. عمدتاً به روباز تبدیل شده است.

بوته ای (11.40 کیلومتر مربع ⁾ ، در مکان هایی، در زمین های زیر کشت به دلیل وجود رطوبت و استراحت توسط زمین های ساخته شده اشغال می شود.

8. جنگل انبوه

جنگل انبوه با رنگ قرمز/قهوه ای تیره، بافت صاف، الگوی پراکنده و ارتباط با مناطق برجسته (563 متر تا 570 متر) مشخص می شود. جنگل انبوه از 13.89 کیلومتر مربع ⁽ 9.03 درصد) در سال 2001 به 12.10 کیلومتر مربع ⁽ 7.87 درصد) در سال 2011 کاهش یافته است که احتمالاً به دلیل کاهش میانگین بارندگی و عوامل انسانی بوده و در بیشتر مکان ها به بوته های باز تبدیل شده است. با این حال، در برخی مکان ها، به زمین های بایر تبدیل می شود. تلفات جنگل های انبوه در این دوره 1.73 کیلومتر مربع ⁽ 1.16 درصد) است.

9. Scrub را باز کنید

یکی از تغییرات عمده در حوضه آبخیز ماخوان، اسکراب باز است که با رنگ صورتی تا زرد روشن مشخص می شود.

تن کم، طرح مرزی نامنظم و بافت خشن. بوته‌های باز از 54/42 کیلومتر مربع ⁽ 65/27 درصد) در سال 2001 به 07/64 کیلومتر مربع ⁽ 64/41 درصد) در سال 2011 افزایش یافته است که دلیل آن تبدیل جنگل‌های انبوه به بوته‌های باز، خشک شدن بدنه آبی و همچنین تبدیل شدن زمین‌های غیر کشت به بوته‌های باز است.

10. زمین بایر

زمین های بایر معمولاً به دلیل بازتاب زیاد، الگوی نامنظم با بافت صاف، عدم وجود هرگونه فعالیت کاربری زمین یا پوشش گیاهی طبیعی و مجاورت آن با زمین های زیر کشت/زمین غیر زیر کشت، رنگ روشنی را نشان می دهند. زمین های بایر از 11.08 کیلومتر مربع ⁽ 7.19 درصد) در سال 2001 به 4.80 کیلومتر مربع ⁽ 3.12 درصد) در سال 2011 کاهش یافت. زمین های بایر به زمین های ساخته شده، بوته های باز و زمین های زیر کشت تبدیل شده اند که اقدامات احیا را پیشنهاد می کند.

11. زمین ساخته شده

زمین ساخته شده با رنگ سرخابی با شکل و طرح مرزی نامنظم و تماس شدید با کاربری زمین مجاور مشخص می شود. از 7.03 کیلومتر مربع ⁽ 4.57%) در سال 2001 به 17.15 کیلومتر مربع ⁽ 11.15%) در سال 2011 افزایش یافته است. از شرایط محیطی تبدیل زمین زیر کشت و زمین غیر زیر کشت به دلیل جابجایی در تصرف زمین های ساخته شده است. کل زمین های ساخته شده در این دوره 12/10 کیلومتر مربع ⁽ 58/6 درصد) افزایش یافته است.

12. بدن آب

اجسام آب در داده های ماهواره ای به دلیل جذب تابش مادون قرمز ورودی تیره به نظر می رسند، از این رو رنگ تیره، بافت صاف، خطوط مرزی تیز و الگوی نامنظم را نشان می دهند. حوضه آبخیز ماخوان دارای یک منبع آب سطحی در شمال غربی منطقه است و حدود 2.91 درصد مساحت مخزن از 7.36 کیلومتر مربع ⁽ 4.79 درصد) در سال 1380 به 2.90 کیلومتر مربع ⁽ 1.88 درصد) در سال 2011 کاهش یافته است. تا بدنه آبی به اسکراب باز تبدیل شده است زیرا دارای رطوبت بالایی است که منجر به رشد پوشش گیاهی طبیعی شده است.

نمودار میله ای تغییرات LU/LC طی سال های 2001 تا 2011 در شکل 6 نشان داده شده است و جزئیات LU/LC و تغییرات مساحت زیر هر دسته در جدول 1 آورده شده است.

13. LU/LC و DEM

با مقایسه تغییرات LU/LC با DEM نتایج زیر بدست می آید:

●تغییرات عمده در زمین های زیر کشت در نواحی کم ارتفاع با ارتفاع 442 متر تا 496 متر رخ داده است. افزایش اراضی زیر کشت از سال 1380 تا 1390 به دلیل کوچک شدن مخزن است که منجر به افزایش زمین های زیر کشت و تبدیل به بوته های باز و تعداد کمی در زمین های غیر زیر کشت شده است.

●تغییرات در اراضی غیرقابل کشت تقریباً در تمامی محدوده ارتفاعی (442-551 متر) رخ داده است. اراضی غیر کشت مرتبط با محدوده ارتفاعی بالا به بوته‌های باز تبدیل می‌شود در حالی که زمین‌های غیر زیرکشت با ارتفاع کم به بوته‌های باز و زمین‌های زیر کشت تبدیل می‌شوند. زمین های نیمه کشت نشده به زمین های ساخته شده در شیب های نسبتا ملایم تر تبدیل می شوند تا تقاضا برای مسکن برای تطبیق با رشد جمعیت برآورده شود.

● جنگل های انبوه در مناطق کم ارتفاع تخریب شده و به بوته های باز تبدیل شده و در مکان های کمی حتی برای کشت استفاده می شود. دامنه جنگل های انبوه مرتفع از 496 متر تا 533 متر به بوته های باز تبدیل شده است.

● اسکراب باز در محدوده ارتفاعات بالا (496 متر – 551 متر)، در حاشیه بدنه آبی خشک شده و تقریباً تمام مناطق کم ارتفاع به طور قابل توجهی افزایش یافته است.

● بایرهای مرتفع (515 – 551 متر) به بوته‌های روباز و بایرهای کم ارتفاع (442 – 496 متر) به زمین‌های زیر کشت و ساخته شده تبدیل شده‌اند.

14. نتیجه گیری

مطالعه حاضر به وضوح کاربرد تکنیک‌های سنجش از دور و GIS را در پایش تغییرات LU/LC که از سال 1380 تا 1390 در حوضه آبخیز ماخوان رخ داده است، نشان می‌دهد. از آنجایی که داده‌های سنجش از دور پوشش مکرری را فراهم می‌کنند، می‌توان از آن با داده‌های متعدد و به‌طور مؤثرتری استفاده کرد. استفاده از آن را در هفت ویژگی LU/LC و تحلیل آن با کمک ابزار GIS پیدا کرده است. تغییرات مثبت عمده ای که در منطقه مورد مطالعه رخ داده است، افزایش اراضی زیر کشت و بوته های باز، کاهش اراضی غیر زیر کشت و بایر بوده است. تغییرات منفی شامل کاهش در زیر جنگل های متراکم و بدنه آبی است. از نظر ارتفاع، تغییرات عمده در دسته‌های LU/LC بیشتر در نواحی کم ارتفاع به جز اسکراب باز که مناطق کم ارتفاع و همچنین مناطق مرتفع را اشغال می‌کند، رخ داده است. تجزیه و تحلیل نشان می دهد که شیوه های کشاورزی خوب و احیای زمین های بایر نتایج مثبتی را در تنظیم کلی محیط زیست حوضه به ارمغان آورده است. با این حال، برخی از فعالیت ها مانند کاشت، کانتور بندی و ساخت سدهای چک / استخر نفوذ ممکن است برای مدیریت بهتر حوضه انجام شود.

منابع