حوضه Densu یک حوضه آبریز رودخانه ساحلی در جنوب غنا و یک جامعه روستایی معمولی مانند سایر سکونتگاه های روستایی در غنا است. این تنها حوضه در میان 43 حوضه دیگر کشور است که آب دو پایتخت منطقه ای غنا، یعنی پایتخت غنا، آکرا و پایتخت منطقه شرقی، کوفوریدوآ را تامین می کند. کیفیت این منابع آبی بسته به آب و هوا، فصل و زمین شناسی سنگ بستر و همچنین فعالیت های انسانی به طور طبیعی و به طور گسترده ای متفاوت است. هدف اولیه این تحقیق تعیین الزامات داده برای توسعه کارآمد و مقرون به صرفه یک سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) به منظور نقشه برداری و تشخیص وسعت منابع حوضه های آبخیز و نحوه حفاظت از محیط زیست برای تامین مداوم آب است. در میان نه حوزه آبریز ،تنها یک حوضه آبریز WSA_05 (شهرستان کوفوریدوا ) مشخص شد که خطر آسیب‌پذیری بسیار بالایی دارد و بنابراین نیاز به فوریت برای حفاظت از محیط زیست برای تامین مداوم آب دارد. چهار حوضه آبریز WSA_02 (سد Weija)، WSA_03 (Apedwa-Asafo)، WSA_06 (Suhum) و WSA_09 (New Tafo) در معرض خطر بالایی برای تحت تأثیر قرار گرفتن قرار دارند و بنابراین نیاز به حفاظت از محیط زیست به طور مداوم وجود دارد. تامین آب غنا به عنوان یک کشور باید گامی مسئولانه در حفاظت از بدنه آبی و محیط زیست خود بردارد تا تامین آب مستمر و پایدار به کشورش را فراهم کند .شهروندان بنابراین، این مطالعه وضعیت مصرف کنندگان آب و چگونگی حفاظت از محیط زیست ضروری را نشان می دهد.

کلید واژه ها

حوزه آبخیز ، سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) ، حوضه دنسو ، مناطق خدمات آب (WSA) ، پوشش زمین کاربری (LULC)

1. مقدمه

حوضه های آبریز رودخانه دنسو مدتی است که به دلیل تنوع آب و هوایی و تعدادی از عوامل مانند فقر، موارد خشکسالی را تجربه می کنند. این در دوره‌ای اتفاق می‌افتد که نیاز به ارزیابی پایدار جغرافیایی اثرات زیست‌محیطی شرایط آب و هوایی شدید رودخانه همراه با سایر مشکلات تحت سلطه امنیت غذایی قرار گرفته است. چالش های زیست محیطی در هزاره جدید شدیدتر از گذشته است و این به دلیل این واقعیت است که مشکل موجود اکنون از محلی به منطقه ای و حتی جهانی در حال تغییر است. فعالیت های انجام شده توسط انسان روز به روز در حال گسترش است که تأثیرات عمده ای بر تقریباً تمام سیستم های زمین ایجاد می کند [ 1 ]] . حوضه که یک نقطه یکپارچه است به عنوان آرایش فضایی و قطعه عملکردی مناسب برای نظارت بر مشکلات دشوار عمل می کند [ 1 ].

با توجه به ماهیت دشوار سیستم‌های طبیعی و انسانی، استفاده از اطلاعات جغرافیایی برای درک و پیش‌بینی شرایط آینده حوزه‌های آبخیز رو به افزایش است. در سال‌های اخیر سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) در مدیریت حوضه از جمله ارزیابی شرایط حوضه با استفاده از مدل‌هایی برای تعیین تأثیر فعالیت‌ها بر کیفیت آب و همچنین تحلیل اثرات سایر گزینه‌های مدیریتی استفاده شده است. توسعه مدل های کارآمد مدیریت ریسک سیل در نتیجه شرایط آب و هوایی غیرعادی و گرم شدن کره زمین در سال های اخیر بسیار ضروری شده است. یک تغییر اساسی از دفاع ساختاری در برابر سیل به یک رویکرد قوی تر که شامل انطباق استفاده صحیح از زمین، شیوه های کشاورزی و جنگل است [ 2 ] مشاهده شده است.] – [ 6 ] . GIS و سنجش از دور منبع بسیار خوبی از داده‌ها را فراهم می‌کند که می‌تواند برای به‌روزرسانی و تجزیه و تحلیل تغییراتی که از نظر جغرافیایی رخ می‌دهند به شیوه‌ای کارآمدتر استفاده شود [ 7 ]. تکنیک سنجش از دور می تواند برای ردیابی ویژگی های حوزه آبخیز و استفاده از زمین با محدودیت های اندک استفاده شود [ 8 ]. عمل ترکیب مدیریت داده ها در GIS و تجزیه و تحلیل حوزه آبخیز آن مدتی است که توسط مدل سازان محیطی مورد استفاده قرار می گیرد. این قابلیت را هرگز نمی توان در طراحی زیرساخت های داده ای که هسته اصلی تجزیه و تحلیل حوضه [ 9 ] و حفاظت از منابع طبیعی برای پایداری توسعه است نادیده گرفت [ 10 ]] . انجام تحقیقات در حوزه حوضه در جوامع فقیر بسیار دشوار است زیرا بیشتر تحت تأثیر زیرساخت های داده ناکافی است. این شرایط منجر به افزایش شکاف‌های ژئوفضایی و همچنین اختلال در نظارت بر حوزه‌های آبخیز می‌شود [ 11 ]. با این حال مطالعات مختلفی در زمینه کاربرد سیستم اطلاعات مکانی در آبخیزداری انجام شده است. پراکاش [ 12 ] قابلیت استفاده از GIS در مدیریت یک حوضه و همچنین تضمین کاهش تخریب منابع آینده را با اتخاذ اقدامات حفاظتی مناسب شناسایی می کند. این مقاله نیاز به استفاده از سیستم اطلاعات جغرافیایی را برای تشخیص وسعت منابع حوضه های آبخیز و نحوه حفاظت از محیط زیست برای تامین مداوم آب به کاربر ارائه می دهد.

2. منطقه مطالعه

رودخانه دنسو از میان برخی از شهرهای پرجمعیت غنا می گذرد. کیفیت زمین و آب حوضه با اقدامات غیرقانونی انجام شده در مناطقی که حوضه از آن عبور می کند در حال از بین رفتن است. حوضه دنسو بین عرض جغرافیایی 5˚30′ شمالی – 6˚20′ شمالی و طول جغرافیایی 0˚10′ W – 0˚35’W در قسمت جنوبی غنا قرار دارد ( شکل 1 ) [ 13] . از شمال به حوضه ولتا و از شرق به حوضه Odaw محدود می شود. همچنین از شمال غربی و غرب به ترتیب با حوضه بیریم و حوضه های آینسو و اوکرودو محدود می شود. توپوگرافی حوضه به گونه‌ای است که دارای مناظر تند تشریحی با زمین‌های تپه‌ای و نورد در شمال است. بخش جنوبی با دشت های ساحلی مسطح با شیب و سطوح فرسایشی مشخص می شود که از 30 درصد در بخش های بالایی تا کمتر از 2 درصد در ساحل متغیر است. مساحت حوضه حدود 2600 کیلومتر مربع است ^و منبع آن از رشته کوه آتیوا است [ 14 ].] . از بخش های بالادست در جهت شرقی به سمت منطقه Akwadum-Koforidua جریان می یابد و به تدریج مسیر خود را تغییر می دهد و در جهت جنوبی به مخزن Weija در آکرا می ریزد که منبع اصلی تامین آب برای حومه آکرا است. حوضه دنسو در مجموع حدود 120 کیلومتر طول دارد و دارای پنج شاخه است که شامل رودخانه های پومپون، کویا، آدایسو، دوبرو و نساکی می شود. حدود 72٪ از بخش شمالی حوضه در منطقه شرقی قرار دارد که 23٪ در منطقه بزرگ آکرا و 5٪ باقی مانده در منطقه مرکزی قرار دارد. مردم مناطق روستایی کشاورزی را به عنوان منبع اصلی اشتغال خود انجام می دهند [ 14 ].

بوم شناسی حوضه دنسو که قبلاً جنگل های نیمه برگریز مرطوب با گیاهان و جانوران غنی فراوان بود، به دلیل فعالیت های انسانی با سرعت فزاینده ای به اکولوژی جنگلی تغییر یافته است. تخریب جنگل با افزایش تغییر کاربری زمین که ناشی از “شهرنشینی” در کریدور شرقی حوضه است که از منطقه ویجا از طریق Nsawam تا Koforidua شروع می شود، تشدید شده است. حوضه دنسو دارای سه نوع منطقه پوشش گیاهی است و بخش شمال شرقی آن زمین های جنگلی است که با فعالیت های کشاورزی از پوشش گیاهی خارج می شود. منطقه دوم از درختان پراکنده تشکیل شده است که به مناطق بوته ای و علفزار تبدیل می شوند. سومین ناحیه پوشش گیاهی منطقه ساوانای ساحلی است که در منتهی الیه جنوبی حوضه قرار دارد [ 14 ].] . همچنین این حوضه تحت دو ناحیه اقلیمی مجزا قرار می گیرد. زون اول آب و هوای خشک استوایی دشتهای ساحلی جنوب شرقی و ناحیه دوم آب و هوای نیمه استوایی مرطوب است که در منتهی الیه شمال حوضه قرار دارد. دو منطقه آب و هوایی با یک رژیم بارندگی دو وجهی با شدت های مختلف مشخص می شوند. فصل اصلی بارندگی از آوریل تا جولای ادامه دارد و اوج آن در ژوئن است. فصل دوم که فصل بارانی با شدت کمتری است بین سپتامبر و نوامبر رخ می دهد [ 14 ].

3. روش شناسی

مجموعه داده‌های حوضه‌های رودخانه غنا (لایه)، داده‌های مربوط به کاربران آب، بدنه‌های رودخانه (لایه)، استقرار (لایه)، اطلاعات NDVI 1982، 1992 و 2002 از نقشه‌های تولید شده [ 15 ] برای تأیید وجود بدنه‌های آبی و کاربری اراضی نقشه پوشش اراضی (نقشه چاپی). هر یک از نقاط ورودی استفاده کنندگان آب برای سایت های مختلف برای هر یک از حوضه ها در یک GIS مبتنی بر برداری گردآوری شد. یک مدل برداری برای توسعه و تجزیه و تحلیل داده ها انتخاب شد، زیرا یک پلت فرم عالی برای توسعه و نقشه برداری از نقاط (به عنوان مثال سایت کاربران آب) و خطوط (حوضه آبخیز) داده ها و همچنین برای تجزیه و تحلیل داده های مکانی فراهم می کند. یک لایه نازک از لایه کانتور در Arcscen ایجاد شد. لایه‌ها نمایش داده می‌شوند تا دیجیتالی کردن حوضه را برای تمام کاربران آب در آن امکان‌پذیر کند

حوضه دنسو نقشه چاپی منطقه پروژه اسکن و دیجیتالی شد. ارجاع جغرافیایی با استفاده از داده های توپوگرافی جاده ها، شهرها و محلات انجام شد. ویژگی های پوشش دیجیتالی پر شد. سپس یک پایگاه داده جغرافیایی ایجاد شد و پس از آن یک نقشه GIS تولید شد ( شکل 2 ).

4. نتایج و تجزیه و تحلیل

یک نقشه ترکیبی GIS از منطقه خدمات آب دنسو (WSA) تولید شده است. این نقشه شامل نه حوضه آبریز است که از منطقه شرقی به منطقه بزرگ آکرا با اطلاعات کاربری آب آنها گسترش یافته است. سه نوع مصرف کننده عمده آب در تمام نه جامعه (که شامل لوله شهر، سیستم شهری و آبیاری) استفاده می شود. سیستم شهری عمدتاً در اکثر مناطق حوضه آبریز در امتداد حوضه دنسو WSA موجود است ( شکل 3 ).

یک رابط کاربری برای استفاده آسان برای سیاستگذاران، مدیران کاربران آب، که باید با اطلاعات مربوط به حوضه رودخانه دنسو آشنا شوند، ایجاد شد. On the Interface یک نوار لغزنده است که به ایجاد پرس و جو در مورد رتبه بندی در مورد آسیب پذیری مناطق مختلف خدمات کمک می کند. نقطه مربع قرمز روی نقشه ها (شکل های 4-8) رتبه بندی منطقه خدمات آب را زمانی نشان می دهد که لغزنده به مقدار رتبه خاصی از R_Total (مجموع همه رتبه های نسبی) می رسد. هنگامی که نوار لغزنده از رانده می شود

در سمت چپ به راست، آسیب پذیرترین مناطق خدمات آب (بسیار زیاد) را به منطقه خدمات آب کمتر آسیب پذیر (بسیار کم) نشان می دهد. پس از تعیین آسیب پذیری هر منطقه خدمات آب با نشانگر کادر مستطیلی شکل، می توان با کلیک راست بر روی کادر، اطلاعات مربوط به آنها را مشخص کرد. اطلاعات در یک نوار در انتهای پایین رابط نشان داده شده است. اطلاعات نشان داده شده شامل مصرف کننده اصلی آب و جمعیت منطقه است.

نه حوضه WSA در حوضه Densu به شش نوع عمده LULC طبقه بندی شد که در جدول 1 و جدول 2 نشان داده شده است. به هر یک از نوع LULC یک مقدار اختصاص داده شد

بر اساس شدت پوشش گیاهی آن (چقدر پوشش گیاهی سبز است). مقادیر انتخاب شده برای شدت بین 1 و 6 رتبه بندی شدند. مقدار 1 نشان دهنده LULC با شدت پوشش گیاهی کمتر و مقدار 6 نشان دهنده LULC با بالاترین پوشش گیاهی است. یعنی هر چه میزان شدت پوشش گیاهی کمتر باشد، مقدار اختصاص داده شده به کلاس کمتر است. هر چه شدت پوشش گیاهی بیشتر باشد، ارزش اختصاص داده شده به کلاس بالاتر است.

تجزیه و تحلیل به منظور ارزیابی مناطق خدمات آب انجام می شود. ارزیابی WSA از نظر فوریت برای حفاظت از محیط زیست آن (آسیب پذیری) رتبه بندی شده است.

منطقه WSA که آسیب پذیرترین است در رتبه بسیار بالا قرار دارد. WSA آسیب‌پذیر بعدی در رتبه High قرار دارد و پس از آن Medium که حوضه آسیب‌پذیر بعدی بعد از High است. پس از رتبه بندی متوسط، آسیب پذیرهای بعدی به ترتیب کم و بسیار پایین به ترتیب آسیب پذیری اختصاص داده می شوند.

ارزیابی WSA بر اساس سه متغیر اصلی انجام شد:

1) تراکم نسبی جمعیت (R_PD که از جمعیت و اندازه WSA تعیین شد).

2) چگالی جریان نسبی (R_SD) که از تعداد تعیین شد

جریان ها و اندازه WSA)؛

3) LULC نسبی (R_LULC که از فعالیت های LULC در WSA تعیین شد).

مقادیر این سه متغیر R_PD, R_SD, R_LULC با هم جمع می شوند تا R_Total بدست آید که برای رتبه بندی آسیب پذیری WSA استفاده می شود.

جدول 3 نحوه رتبه بندی WSA را نشان می دهد. R_Total به پنج محدوده از مقادیر طبقه بندی شد. محدوده مقادیر برای R_Total در فواصل زمانی منظم برای هر پنج محدوده بود. مقادیر بین (0 – 5) بسیار زیاد، (6 – 10) رتبه بندی می شوند

بالا، (11 – 15) به متوسط، (16 – 20) دارای رتبه کم و (21 – 25) دارای رتبه بسیار پایین هستند. اینها معیارهایی هستند که برای رتبه بندی فوریت حفاظت از WSA استفاده می شوند. هنگامی که یک WSA در رتبه بسیار بالا قرار می گیرد، به این معنی است که یک منطقه حوضه آسیب پذیرترین است و باید توجه زیادی در حفاظت از محیط زیست مربوط به آن WSA خاص شود. در جدول 3 ، محدوده مقادیر برای مناطق مختلف خدمات آب در رتبه بندی آسیب پذیری WSA فردی استفاده شده است. R_Total که جمع تمام رتبه های نسبی است در جدول 4 (ب) نشان داده شده است. بنابراین مقدار هر یک از سه متغیر برای هر WSA با هم جمع شد. این کار با استفاده از فرمول انجام شد

[ 1 ]

جایی که: R_PD تراکم نسبی جمعیت است.

R_SD چگالی نسبی جریان است.

R_LULC تغییر کاربری نسبی پوشش زمین است.

WSA با R_Total بین 0 و 5 رتبه بسیار بالایی دارد، این بدان معنی است که حوضه آبریز بسیار آسیب پذیر است، بنابراین WSA خاص باید در اولویت قرار گیرد.

به عنوان مثال در جدول 4 ، با در نظر گرفتن WSA_01، R_LULC دارای مقدار 4، R_PD دارای مقدار 9.173 و R_SD دارای مقدار 2.138 است. بنابراین R_Total برای WSA_01 با جمع کردن (4 + 9.373 + 2.138 = 15.512 ~ 16) تعیین می شود، 16 بین

محدوده (16 – 20) که در رتبه بندی آن پایین است. این بدان معناست که WSA_01 دارای ریسک پایینی برای تحت تأثیر قرار گرفتن این متغیرهای محیطی است. از همین رویه برای تعیین مقادیر رتبه بندی حوضه های آبریز باقی مانده استفاده می شود که در جدول 4 نشان داده شده است. از نتایج، مشخص شد که تنها یک WSA در منطقه بسیار پرخطر قرار گرفت که جامعه Koforidua است. سه WSA در مناطق مستعد پرخطر رتبه بندی شدند که شامل جامعه شهر ویجا، جامعه Apedwa-Tafo، جامعه Suhum و جامعه New Tafo است. دو WSA در مناطق مستعد متوسط ​​قرار گرفتند که جوامع Nsawan و Suhyen هستند. مدینه و Akwadum/Nankes به ترتیب در مناطق کم و بسیار کم مستعد قرار گرفتند.

5. نتیجه گیری

این تحقیق کاربرد مولفه اطلاعات مکانی را در تحلیل مدیریت محلی حوزه آبخیز غنا با تمرکز بر ارزیابی مدیریت محلی حوضه های آبخیز حوضه رودخانه دنسو ارائه کرده است. می توان نتیجه گرفت که کاربرد اجزای اطلاعات مکانی به ترکیبی از دستاوردها و شکست ها در ویژگی های محیطی اشاره دارد. اگرچه تعداد قابل توجهی از بدنه های آبی وجود داشت، شاخص های استرس اضطراری LULC و جمعیت یک تهدید فزاینده برای در دسترس بودن آب و تلاش های حفاظتی در حوضه رودخانه دنسو است. با مؤلفه اطلاعات مکانی در خط مقدم پیشرفت های جدید فناوری، مدیریت حوزه های آبخیز مانند حوضه آبخیز رودخانه دنسو همچنان قوی خواهد بود. مؤلفه اطلاعات مکانی مورد استفاده در این تحقیق یک سیستم پشتیبانی تصمیم را برای مدیران در ارزیابی خطرات زیست محیطی مرتبط با مدیریت محلی حوزه آبخیز فراهم می کند. غنا به عنوان یک کشور باید گامی مسئولانه در حفاظت از بدنه آبی و محیط زیست خود بردارد تا بتواند تامین مداوم و پایدار آب را برای شهروندان خود فراهم کند. بنابراین، این پروژه وضعیت مصرف کنندگان آب و اینکه چگونه محیط زیست آن نیاز فوری به حفاظت دارد را نشان می دهد.

منابع

[ 1 ]	Tim, US and Mallavaram, S. (2003) کاربرد فناوری GIS در مدیریت و تصمیم گیری مبتنی بر آبخیز. کمیته فنی هیدرولوژی و آبخیزداری AWRA، 1، 1-6.
[ 2 ]	Alexakis, DD, Hadjimitsis, DG and Agapiou, A. (2013) تخمین تخلیه سیل ناگهانی در یک منطقه حوضه با استفاده از مدل هیدرولیک و اسکنر لیزری زمینی. در: Helmis, CG and Nastos, PT, Eds., Advances in Meteorology, Climatology and Atmospheric Physics, Springer Atmospheric Sciences, 9-15.
[ 3 ]	Alexakis، DD، Hadjimitsis، DG، Michaelides، S.، Tsanis، I.، Retails، A.، Demetriou، A.، Agapiou، A.، Themistocleous، K.، Pashiardis، S.، Aristeidou، K. و Tymvios، F. (2013) کاربرد GIS و تکنیک های سنجش از دور برای ارزیابی خطر سیل در قبرس. در: Helmis, CG and Nastos, PT, Eds., Advances in Meteorology, Climatology and Atmospheric Physics, Springer Atmospheric Sciences, Springer, Berlin, Heidelberg, 9-14. https://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-29172-2_1
[ 4 ]	Barredo, J. and Engelen, G. (2010) مدلسازی سناریوی کاربری زمین برای کاهش خطر سیل. پایداری، 2، 1327-1344.
[ 5 ]	Lilesand, TM and Keifer, RW (2000) سنجش از دور و تفسیر تصویر. نسخه چهارم، جان وایلی و پسران، شرکت، تورنتو.
[ 6 ]	Michaelides, S., Tymvios, F. and Michaelidou, T. (2009) ویژگی های مکانی و زمانی توزیع فراوانی بارندگی سالانه در قبرس. تحقیقات جوی، 94، 606-615. https://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2009.04.008
[ 7 ]	Merem, EC, Yerramilli, S., Twumasi, YA, Wesley, JM, Robinson, B. and Richardson, C. (2011) کاربرد GIS در تجزیه و تحلیل تأثیرات فعالیت های انسانی بر حوضه های آبخیز تگزاس جنوبی. مجله بین المللی تحقیقات و بهداشت عمومی، 8، 2418-2446. https://dx.doi.org/10.3390/ijerph8062418
[ 8 ]	Khawlie, M. (2005) ویژگی های حوزه آبخیز، کاربری اراضی و پارچه: کاربرد سنجش از دور و سیستم های اطلاعات جغرافیایی در دریاچه ها و مخازن. پژوهش و مدیریت، 10، 85-90. https://dx.doi.org/10.1111/j.1440-1770.2005.00264.x
[ 9 ]	یوزری، ای. (2004) نمونه‌برداری مجدد داده‌های مکانی و اثرات تفکیک بر مدل‌سازی حوضه: مطالعه موردی با استفاده از مدل آلودگی منبع غیر نقطه‌ای کشاورزی. مجله نظام های جغرافیایی، 6، 289-306. https://dx.doi.org/10.1007/s10109-004-0138-z
[ 10 ]	Biswas, S. (2002) سنجش از دور و رویکرد مبتنی بر سیستم اطلاعات جغرافیایی برای حفاظت از حوزه آبخیز. مجله مهندسی نقشه برداری، 128، 108-117. https://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9453(2002)128:3(108)
[ 11 ]	برنامه توسعه سازمان ملل متحد (UNDP) (1999) گزارش توسعه انسانی. UNDP، نیویورک
[ 12 ]	Prakash, A. (2007) تصمیم گیری در مورد گزینه های استفاده جایگزین از زمین در یک حوضه با استفاده از GIS. مجله مهندسی آبیاری و زهکشی، 133، 162-174. https://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(2007)133:2(162)
[ 13 ]	Tay, C. and Kortatsi, B. (2008) مطالعات کیفیت آب زیرزمینی: مطالعه موردی حوضه دنسو، غنا. مجله بوم شناسی کاربردی آفریقای غربی، 12، 81-99.
[ 14 ]	کمیسیون منابع آب غنا (2007) طرح مدیریت یکپارچه منابع آب حوضه رودخانه دنسو.
[ 15 ]	Nyamekye، C.، Osei Jnr، EM و Oseitutu، A. (2014) طبقه بندی سری زمانی NDVI برای ارزیابی تغییر پوشش زمین در غنا با استفاده از داده های NOAA/AVHRR. مجله ژئوماتیک، 8، 34-39.