پایش و پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی در حوضه آبخیز نهبندان با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی و مدل CA-Markov در افق 1420

Abstract

چکیده مبسوط مقدمه و هدف: آشکارسازی تغییرات یکی از عوامل اصلی در بررسی ارتباط بین فعالیت‌‌های انسانی و محیط ‌زیست است. کاربری اراضی، بیشتر بر جنبه اجتماعی استفاده از زمین تأکید دارد. به عبارتی، کاربری اراضی خروجی فعالیت‌‌هایی است که انسان بر حسب نیازهای اقتصادی و اجتماعی خود انجام می‌‌دهد. از سوی دیگر، مدل‌سازی تغییرات آینده و پیش‌‌بینی آن نیز در جهت پی‌‌بردن به کمیت و کیفیت تغییر و تحولات آینده ضروری است. برای مراقبت از یک اکوسیستم به‌ویژه در مناطقی با تحولات سریع و اغلب بدون برنامه‌‌ریزی در کشورهای درحال‌توسعه، آشکارسازی و پیش‌‌بینی تغییرات یک امر لازم و ضروری است. اخیراً در اغلب کاربردهای آشکارسازی تغییرات کاربری و پوشش زمین و در نتیجه پایش کاربری‌‌ها، از تکنیک سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی استفاده می‌‌شود. با استفاده از اطلاعات سنجش‌ازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، از نسبت تغییرات کاربری و پوشش زمین در گذر زمان می‌‌توان تغییرات آتی را پیش‌‌بینی نمود و اقدامات مقتضی را انجام داد. در این پژوهش، از دو روش جنگل تصادفی CA-Markov به ترتیب جهت آشکارسازی و پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی در حوضه آبخیز نهبندان در افق 2040 استفاده شد. در این راستا، اهداف این پژوهش عبارت از آشکارسازی کاربری اراضی حوضه آبخیز نهبندان با استفاده از روش جنگل تصادفی و شبیه‌سازی کاربری اراضی حوضه آبخیز نهبندان با استفاده از روش CA-Markov در یک دوره‌‌ ۳۳ ساله (2008 تا 2040) هستند. مواد و روش‎ها: در این پژوهش، از داده‌های سنجنده TM ماهواره لندست 4 و 5 مربوط به سال 2008 و لندست 8 در سال 2013 و 2022 برای تعیین و ارزیابی تغییرات کاربری اراضی حوضه آبخیز نهبندان استفاده گردید. سپس، بعد از پیش ‎پردازش تصاویر، عملیات طبقه‌بندی تصاویر با اعمال الگوریتم جنگل تصادفی در محیط نرم‌افزار Saga gis انجام شد. روش جنگل تصادفی یک روش طبقه‌بندی نظارت شده است که در آن از مجموعه‌ای از درخت‌ها در راستای طبقه‌بندی و تصمیم‌گیری استفاده می‌شود. سپس، با استفاده از ماتریس احتمال تبدیل کلاس‌های کاربری اراضی، نقشه کاربری اراضی حوضه آبخیز نهبندان برای سال 2040 با اعمال مدل CA-Markov در نرم‌افزار IDRISI Terrset پیش‌بینی گردید. در این مطالعه، جهت اعتبارسنجی مدل CA-Markov از ابزار VALIDATE در نرم ­افزار ادریسی استفاده شد که در این روش اعتبارسنجی با استفاده از مقایسه مدل با یک نقشه واقعی انجام شد. یافته‎ها: نتایج پایش تغییرات در حوضه آبخیز نهبندان از سال 2008 تا 2022 نشان دادند که کاربری پوشش گیاهی و مسکونی به‎ ترتیب 4/5 و 6/51 کیلومترمربع تغییرات داشتند. همچنین، نتایج پیش‌‌بینی مدل CA-Markov نشان دادند که تغییرات کاربری اراضی در سال 2040 نسبت به 2008 در کاربری‌‌های پوشش گیاهی و مسکونی به ترتیب 11/23 و 9/63 کیلومترمربع خواهد بود. نتایج پیش‌بینی مساحت و درصد کاربری‌ها در سال 2040 نشان می‌دهند که بیشترین تغییرات در میزان مساحت پوشش گیاهی خواهند بود. با توجه‌ به روند تغییرات کاربری اراضی حوضه آبخیز نهبندان، انتظار افزایش پوشش گیاهی مربوط به کاربری کشاورزی و درعین‌حال افزایش محدود مناطق مسکونی تا سال 2040 در آینده وجود دارد. همچنین، کاربری مسکونی تغییرات افزایشی به‌صورت توسعه درون‌شهری خواهد بود و رشد شهر کمتر به‌صورت حاشیه‌ای و در حومه‎ی آن خواهد بود. این موضوع بیشتر به این علت است که شهرستان نهبندان در این حوضه آبخیز از لحاظ جمعیتی و مساحتی کوچک است، شغل اکثر مردم کشاورزی است و رشد شهرستان همراه با رشد کاربری کشاورزی که شغل اکثر مردم است، همراه بوده است. نتیجه‎گیری: نتایج این پژوهش به‌وضوح نشان می‌دهند که تحلیل تغییرات کاربری اراضی در حوضه آبخیز نهبندان با استفاده از روش‌های پیشرفته‌ای نظیر جنگل تصادفی و CA-Markov، امکان‌پذیر و دقیق است. دقت 90 درصدی مدل جنگل تصادفی برای طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای تاییدی بر نتایج سایر پژوهش‌ها است که این روش را یکی از کاراترین روش‌ها برای تفکیک پوشش‌های متنوع زمین دانسته‌اند. پایش دقیق این تغییرات از سال 2008 تا 2022، باتوجه‌ به کاربری‌های پوشش گیاهی و مسکونی بادقت بالا (کاربری پوشش گیاهی و مسکونی به ‎ترتیب 5/4 و 6/51 کیلومترمربع تغییرات داشته است) انجام شده است. نتایج به‌دست‌آمده نه‌تنها توانمندی این ابزارها را در مدل‌سازی مکان و تحلیل دقیق تغییرات کاربری اراضی نشان می‌دهند بلکه این توانمندی به مسئولین محیط‌ زیست و شهری کمک می‌کند تا بهترین تصمیمات ممکن را برای مدیریت مناسب اراضی در آینده اخذ کنند و بر ضرورت سیاست‌گذاری و مدیریت جامع برای کاهش پیامدهای منفی تغییرات کاربری اراضی در منطقه تأکید دارد. نتایج ارزیابی طبقه‌بندی کاربری اراضی بین نقشه شبیه‌سازی شده و مرجع نشان می‌دهند که ضریب استاندارد به میزان 90 درصد برای تهیه نقشه‌های کاربری و پوشش زمین حاصل شده است. تغییرات کاربری و پوشش زمین مبنایی سازگار و قابل‌اعتماد برای شبیه‌سازی سناریوهای آینده به‌حساب می‌آیند و قابلیت مدل CA-Markov برای شبیه‌سازی تغییرات کاربری در آینده را تأیید می‌کنند؛ بنابر این، می‌توان از این مدل برای شبیه‌سازی تغییر کاربری اراضی در منطقه موردمطالعه تا افق 2040 استفاده کرد.