مطالعه مقدماتی برای تشخیص تغییرات شهری و ارتباط آن با فاجعه سیل‌های ناگهانی در شهر جده

مقالات داخلی و بین المللی مطالعه مقدماتی برای تشخیص تغییرات شهری و ارتباط آن با فاجعه سیل‌های ناگهانی در شهر جده

جده یکی از جذاب ترین شهرهای عربستان سعودی است. گسترش مناطق شهری به دلیل تقاضای سریع جمعیت و مسکن ضروری است. بسیاری از مشکلات زیست‌محیطی و اقتصادی در صورت نبود برنامه‌ریزی صحیح فضایی ممکن است رخ دهد. در سال‌های 2009 و 2011، بسیاری از مردم در اثر سیل ناگهانی در جده کشته و متحمل شدند. هدف این مقاله ارائه شاخص روشنی برای تشخیص تغییر در پوشش شهری از دوره 1984 تا 2014 در جده است. همچنین بیانگر رابطه بین گسترش شهری و رویداد خطرات سیل ناگهانی است. تکنیک‌های تشخیص تغییر برای داده‌های سنجش از دور اعمال شد و در محیط GIS ادغام شد. تجزیه و تحلیل تشخیص تغییر نشان می دهد که مناطق شهری از 170 به 390 کیلومتر مربع افزایش یافته ^است. گسترش شهری به طور چشمگیری به سمت شمال و شرق افزایش یافت. در حالی که به سمت جنوب کاهش یافت. از مدل رقومی ارتفاعی به‌دست‌آمده از تصاویر ماهواره‌ای برای استخراج شبکه‌های حوضه و جویبار استفاده شد. مسیر زهکشی ها توسط منطقه مسکونی مسدود شده و به وقوع سیلاب کمک کرده است. این مطالعه می تواند برای برنامه ریزی آینده و محیط زیست پایدار مفید باشد.

کلید واژه ها

تشخیص تغییر ، GIS ، سیل فلش ، شهری ، سنجش از راه دور

1. مقدمه

رشد شهری منجر به تغییر کاربری زمین و تغییر پوشش زمین به ویژه در کشورهای در حال توسعه می شود [ 1 ]. جده دروازه اصلی مکه است. رشد اقتصادی و تعداد زیاد بازدیدکنندگان و جمعیت، چرخ شهرنشینی را بسیار سریع به سمت گسترش و پیشرفت سوق می دهد. چنین رشد سریعی با برنامه ریزی محدود می تواند به مشکلات زیست محیطی کمک کند [ 2 ] [ 3 ]. فاجعه سیل ناگهانی جده در نوامبر 2009 و ژانویه 2011 رخ داد. این دو رویداد سیل باعث کشته شدن 113 نفر در سال 2009 شد و زیرساخت ها ویران شدند [ 4 ]. تشخیص دقیق تغییر سطح شهری برای درک روابط بین پدیده های انسان و محیط برای حمایت از تصمیم گیری مهم است [ 5 ]] . کاربردهای زیادی از RS و GIS در انواع مختلف مطالعات هیدرولوژیکی وجود دارد [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] . رابطه بین تغییرات کاربری زمین و خطرات سیل ناگهانی از طریق تجزیه و تحلیل مبتنی بر GIS تایید شد [ 9 ].

تشخیص تغییر در رشد شهری شامل تجزیه و تحلیل تصاویر ماهواره ای برای یک منطقه جغرافیایی در دوره های زمانی مختلف است [ 10 ]. سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) یک ابزار قدرتمند برای مدیریت داده ها و تجزیه و تحلیل از سوی دیگر سنجش از دور می تواند با GIS یکپارچه شود تا نشانگر واضحی برای تشخیص تغییرات ارائه دهد.

تشخیص تغییر در رشد شهری شامل تجزیه و تحلیل تصاویر ماهواره ای برای یک منطقه جغرافیایی در دوره های زمانی مختلف است [ 11 ]. هدف این مقاله ترسیم مناطق تشخیص تغییر در پوشش زمین شهری برای شهر جده است. سه تصویر ماهواره ای LandSat (1984، 1992 و 2014) برای ارائه شاخص روشنی برای رشد شهری مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. از مدل رقومی ارتفاعی برای نقشه برداری شبکه های آبخیز و زهکشی استفاده شد. رابطه بین گسترش شهری و رویداد خطرات سیل ناگهانی مشخص شد.

2. مواد و روش

2.1. حوزه مطالعه و منابع داده

جده دروازه اصلی مکه و دومین شهر بزرگ عربستان سعودی است. موقعیت شهر نزدیک به دریای سرخ تعداد بازدیدکنندگان را افزایش می دهد و به توسعه اقتصادی کمک می کند ( شکل 1 را ببینید ).

داده های ماهواره ها از Earth Explorer (US/GS) در سه دوره مختلف که در زیر توضیح داده شده است جمع آوری شد ( شکل 2 را ببینید ):

LandSat 5 TM 1984.

LandSat 7 ETM 2002.

LandSat 8 ETM 2014.

DEM (SRTM: مدل توپوگرافی رادار شاتر).

شکل 1 . موقعیت منطقه مورد مطالعه.

شکل 2 . تصاویر ماهواره ای در بازه های زمانی مختلف

2.2. پردازش تصویر دیجیتال

در تشخیص تغییرات طیفی، تصاویر تاریخ های مختلف به یک تصویر تک باند یا چند باند جدید تبدیل می شوند. تصویر حاصل شامل تغییرات طیفی است و باید برای تخصیص تغییرات به پوشش زمین شهری بیشتر پردازش شود [ 12 ]. برای پردازش تصویر از ماشین حساب رستر در ArcMap و ابزار طبقه بندی استفاده شده است.

فرآیند توصیف شده توسط [ 13 ] برای تبدیل داده های LandSat 5 TM DN به داده های LandSat 7 ETM DN مانند معادله زیر استفاده شد.

(1)

جایی که

DN7 داده‌های DN معادل Landsat 7 ETM+ است،

DN5 داده Landsat 5 TM DN است، و شیب و رهگیری اعداد خاص باند هستند که توسط معکوس اعداد موجود در [ 13 ] داده می‌شوند. سپس مقادیر DN با استفاده از رابطه (2) به مقدار Radiance تبدیل شدند.

(2)

جایی که

= درخشندگی محاسبه شده

آخرین اعداد بهره و بایاس برای سنسور +ETM Landsat 7 در [ 14 ] آورده شده است. پس از آن داده های Radiance به داده های Reflectance ( ) تبدیل شدند و آخرین ها تصحیح شدند. در نهایت مقادیر DN LandSat 8 (2014) با استفاده از فاکتورهای مقیاس مجدد تشعشع در فایل ابرداده به تابش طیفی تبدیل شد.

(3)

که در آن: = تابش طیفی TOA (w/m-2/sr-1/μm-1).

ML = ضریب مقیاس بندی مجدد ضربی خاص از فراداده (RA- DIANCE_MULT_BAND_x، که در آن x عدد باند است).

AL = ضریب تغییر مقیاس افزودنی خاص باند از فراداده (RA- DIANCE_ADD_BAND_x، جایی که x شماره باند است).

Qcal = مقادیر پیکسل محصول استاندارد کوانتیزه و کالیبره شده (DN).

برای استخراج خودکار مناطق شهری از شاخص جدید ساخته شده (معادله NBI) استفاده شد [ 15 ]. شبکه های حوضه و زهکشی از DEM (SRTM: Shutter Radar Topography Model) با استفاده از Arc Map 10.2 استخراج شد.

2.3. تحلیل داده ها

در جده، افزایش فعالیت های اقتصادی و رشد جمعیت منجر به روند پویایی در شهرنشینی می شود. با این حال، این روند شهرنشینی منجر به تغییر کاربری و پوشش زمین شده و به رخدادهای خطرناک کمک کرده است. علت وقوع سیل در مناطق شهری، رشد بی رویه و بی رویه شهر است. تحولات عظیم، گردنه های وادی را باریک می کند و ظرفیت حوضه های آبریز را کاهش می دهد. تغییرات کاربری زمین با ترکیبی از رویدادهای هواشناسی و هیدرولوژیکی به طور قابل توجهی به سیل در مناطق شهری کمک کرده است [ 16 ].

3. نتیجه و بحث

شاخص ساخته شده نشانگر روشنی برای منطقه شهری در سال های 1984، 2002 و 2014 ارائه می دهد ( شکل 3 را ببینید ).

شکل 3 . گسترش شهری از 1984 تا 2014.

تجزیه و تحلیل تشخیص تغییر نشان می دهد که مناطق شهری از 170 به 390 کیلومتر مربع افزایش یافته ^است . گسترش شهری به طور چشمگیری به سمت شمال و شرق افزایش یافت. در حالی که به سمت جنوب کاهش یافت. شبکه های زهکشی و حوضه با استفاده از ابزار هیدرولوژیکی در ArcGIS از مدل DEM استخراج شدند ( شکل 4 را ببینید ).

فرآیند پوشش برای لایه شبکه زهکشی و منطقه مسکونی اجرا شد. پوشش نشان داد که گسترش شهری یکی از عواملی است که در علل وقوع سیل ناگهانی در جده در سال 2009 و 2011 نقش داشته است. رنگ قرمز در شکل 5 نشان دهنده تغییرپذیرترین منطقه از سال 2002 تا 2014 است. تعداد کمی از مناطق مسکونی برای منطقه مورد مطالعه در پایین ترین نقاط مسیر زهکشی (wadi) قرار دارند که به شدت تحت تأثیر قرار گرفته اند. یافته های این تحقیق در تطابق با آخرین مقالات در همین زمینه است [ 4 ] .

4. نتیجه گیری

مطالعه حاضر داده‌های سنجش از دور را با فناوری GIS برای ترسیم تغییرات شهری با زمان گردآوری کرد. برای تشخیص بهتر از روش های دیجیتالی مختلف استفاده شد. DEM برای استخراج شبکه زهکشی منطقه مورد مطالعه استفاده شد. فرآیند همپوشانی برای نشان دادن اینکه گسترش شهری یکی از موارد است استفاده شد

شکل 4 . شبکه زهکشی آبخیزداری در منطقه مورد مطالعه.

شکل 5 . مناطق مسکونی برای منطقه مورد مطالعه در مسیر زهکشی (wadi) قرار دارند که باعث سیل ناگهانی می شود.

عوامل ایجاد کننده فاجعه سیل ناگهانی این مطالعه می تواند برای برنامه ریزی بهتر آینده مفید باشد.

منابع

[ 1 ]	Hegazy، IR و Kaloop، MR (2015) نظارت بر رشد شهری و تشخیص تغییر کاربری زمین با تکنیک‌های GIS و سنجش از دور در استان دقاهلیا مصر. مجله بین المللی محیط زیست پایدار، 4، 117-124. https://doi.org/10.1016/j.ijsbe.2015.02.005
[ 2 ]	Tamilenthi, S. and Baskran, R. (2013) تشخیص تغییر شهری بر اساس سنجش از دور و GIS مطالعه بخش درآمد سالم، منطقه سالم، Tmil Nadu، هند. انجمن جغرافیدانان اروپا، 4، 50-59.
[ 3 ]	Sankhala, S. and Singh, B. (2014) ارزیابی گسترش شهری و تغییر پوشش زمین کاربری زمین با استفاده از تکنیک های سنجش از دور و GIS: مطالعه موردی شهر جیپور، هند. مجله بین المللی فناوری های نوظهور و مهندسی پیشرفته، 4، 66-72
[ 4 ]	یوسف، AM، و همکاران. (2016) تجزیه و تحلیل علل سیل ناگهانی در شهر جده (پادشاهی عربستان سعودی) در سال 2009 و 2011 با استفاده از داده های سنجش از دور چند سنسوری و GIS. ژئوماتیک، مخاطرات طبیعی و خطر، 7، 1018-1042. https://doi.org/10.1080/19475705.2015.1012750
[ 5 ]	Lu, D., Mausel, P., Brondízio, E. and Moran, E. (2004) Change Detection Techniques. مجله بین المللی سنجش از دور، 25، 2365-2401. https://doi.org/10.1080/0143116031000139863
[ 6 ]	یوسف، AM، عبدالمنعم، AA و ابو المجد، SA (2005) ارزیابی خطر سیل و مشکلات مرتبط با آن با استفاده از سیستم های اطلاعات جغرافیایی، استان سوهاگ، مصر. مجموعه مقالات چهارمین کنفرانس بین المللی زمین شناسی آفریقا، دانشگاه اسیوت، آسیو، 15-17 نوامبر 2005، 1-17.
[ 7 ]	بیتس، پی دی (2012) ادغام داده های سنجش از دور با مدل های طغیان سیل: تا کجا پیش رفته ایم؟ فرآیند هیدرولوژیکی، 26، 2515-2521. https://doi.org/10.1002/hyp.9374
[ 8 ]	Wanders, N., Karssenberg, D., de Roo, A., de Jong, SM and Bierkens, MFP (2014) مناسب بودن رطوبت خاک سنجش از دور برای بهبود پیش بینی سیل عملیاتی. هیدرولوژی و علوم سیستم زمین، 18، 2343-2357. https://doi.org/10.5194/hess-18-2343-2014
[ 9 ]	Chang, H., Franczyk, J. and Kim, C. (2009) چه چیزی مسئول افزایش خطرات سیل است؟ مورد استان گانگوون، کره. مخاطرات طبیعی، 48، 339-354. https://doi.org/10.1007/s11069-008-9266-y
[ 10 ]	رادکه، RJ، و همکاران. (2005) الگوریتم های تشخیص تغییر تصویر: یک بررسی سیستماتیک. معاملات IEEE در پردازش تصویر، 14، 294-307. https://doi.org/10.1109/TIP.2004.838698
[ 11 ]	Mennecke، BE (1997) درک نقش فناوری اطلاعات جغرافیایی در کسب و کار: کاربردها و دستورالعمل های تحقیقاتی. مجله اطلاعات جغرافیایی و تحلیل تصمیم گیری، 1، 44-68.
[ 12 ]	Yuan, D., Elvidge, CD and Lunetta, RS (1999) بررسی روشهای چند طیفی برای تجزیه و تحلیل تغییر پوشش زمین در تشخیص تغییر سنجش از دور: روشها و کاربردهای نظارت بر محیط. در: Lunetta، RS and Elvidge، CD، Eds.، Taylor & Francis، لندن، 21-39.
[ 13 ]	Vogelmann, JE, Howard, SM, Yang, L., Larson, CR, Wylie, BK and Van Driel, JN (2001) تکمیل مجموعه داده های پوشش زمین ملی در سال 1990 برای ایالات متحده محدود. مهندسی فتوگرامتری و سنجش از دور، 67، 650-662
[ 14 ]	Chander, G., Markham, BL and Helder, DL (2009) خلاصه ضرایب کالیبراسیون رادیومتریک فعلی برای سنسورهای Landsat MSS, TM, ETM+ و EO-1 ALI. سنجش از دور محیط زیست، 113، 893-903. https://doi.org/10.1016/j.rse.2009.01.007
[ 15 ]	Rogers, AS and Kearney, MS (2004) کاهش تنوع امضا در صحنه های نقشه برداری موضوعی باتلاق ساحلی با استفاده از شاخص های طیفی. مجله بین المللی سنجش از دور، 25، 2317-2335. https://doi.org/10.1080/01431160310001618103
[ 16 ]	Situngkir, F., Sagala, S., Yamin, D. and Widyasari, A. (2014) رابطه فضایی بین تغییر کاربری زمین و وقوع سیل در منطقه شهری پالمبان

مقالات داخلی و بین المللی

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.

مطالعه مقدماتی برای تشخیص تغییرات شهری و ارتباط آن با فاجعه سیل‌های ناگهانی در شهر جده

کلید واژه ها

1. مقدمه