بخشی از مقاله
چکیده
حوضه آبخیز ماسوله در سالهای اخیر به دلیل تخریب عرصههای جنگلی و فقر پوششگیاهی در بالادست حوضه احتمال وقوع سیل را افزایش داده است. در این راستا، بررسی روند تغییرات و پیشبینی تغییرات در آینده جهت آگاهی مدیران و برنامهریزان از اهمیت زیادی برخوردار است. سنجش از دور این امکان را فراهم آورده تا بااستفاده از تصاویر ماهوارهای و روند تغییرات در گذشته بتوان تغییرات آینده کاربری اراضی را پیشبینی کرد. در این تحقیق با استفاده از تکنیک سنجش از دور و مدلهای پیش بینی از جمله مدل زنجیره مارکوف- سلولهای خودکار - - CA- MARCOV جهت کاربری اراضی آینده استفاده گردید. در ابتدا نقشه طبقه بندی برای سالهای 1998، 2008 و 2018 تهیه شد. سپس با استفاده از ماتریس انتقال و فیلتر - CA - تغییرات کاربری برای آینده سال 2038 پیشبینی گردید. نتایج حاصل از تغییرات کاربری نشان داده است که کاربری مرتع در بالادست حوضه بیشتر دستخوش تغییرات قرار گرفته و روند کاهشی را نشان میدهد. همچنین پیشبینی کاربری آینده حاکی از آن است که بیشترین افزایش مساحت مربوط به کاربری پوششگیاهی تنک و تبدیل آن به سایر کاربریها میباشد و بیشترین کاهش مساحت در کاربری مرتع اتفاق خواهد افتاد.
کلمات کلیدی: تغییرات کاربری، مارکف، مخاطرات، ماسوله.
مقدمه
با توجه به تغییرات روزافزون کاربری اراضی و ضرورت آگاهی مدیران و کارشناسان از چگونگی تغییر و تحولات رخ داده برای سیاستگذاری و چارهاندیشی برای رفع مشکل موجود، آشکارسازی تغییرات برای مشخص کردن روند تغییرات در طول زمان ضروری به نظر میرسد. از طرف دیگر، پیشبینی و مدلسازی تغییرات احتمالی آینده برای آگاهی از کمیت و کیفیت تغییرات احتمالی آینده اهمیت دارد - کریمی و همکاران، 1395، . - 712 سنجش از دور این امکان را فراهم میآورد تا با بررسی روند تغییرات مکانی در گذشته بتوان روند تغییرات آینده کاربری- پوشش اراضی را پیشبینی نمود. در بین مدلهای دینامیکی، مدل شبکه خودکار- مارکوف با تعیین احتمال تغییرات کاربری- پوشش اراضی در فرآیند زنجیره مارکوف و نیز شبیهسازی تغییرات مکانی آن، از راه تعیین قوانین محلی با استفاده از فیلتر مکانی سلولهای خودکار و نقشههای شایستگی کاربریها به مدلسازی دینامیک تغییرات زمانی و مکانی کاربری- پوشش اراضی میپردازد - هرسینی و همکاران، 1396، Aburas et al . - 121 - 2017 - ، از مدل CA-MARCOV برای شبیهسازی و پیشبینی رشد شهری استفاده کردهاند. و هدف اصلی آنها، ادغام مدل CA-MARCOV با مدل AHP و FR است تا محدویتهای دادههای مورد استفاده را پوشش دهد و مهمترین عوامل رشد شهری را با توجه به عملکرد مدل در شبیه سازی و پیشبینی در نظر بگیرند. - 2008 - Opeyemi با استفاده از تصاویر ماهوارهای لندست سال 1972 و 2001 و نیز با استفاده از مدل زنجیره مارکوف و سلولهای خودکار به بررسی تغییرات کاربری و پوشش سرزمین منطقهای در ایالت kwara آمریکا پرداخته است. حیاتزاده و همکاران - - 1395، با تلفیق مدل سلولهای خودکار و زنجیره مارکوف به شبیه سازی نقشه کاربری اراضی آینده در حوضه آبخیز فخرآباد یزد پرداخته است.
شهرک تاریخی ماسوله از توابع شهرستان فومن است، شهرک ماسوله جزء شهرکهای تاریخی و از لحاظ گردشگری و اقتصادی حائز اهمیت است، در سالهای اخیر تخریب عرصههای جنگلی و کاهش پوششگیاهی در ارتفاعات حوضه آبخیز ماسوله موجب نگرانی از احتمال وقوع سیل می باشد. پوشش گیاهی نقش مهمی در جذب و ذخیره نزولات آسمانی دارد به دلیل اینکه گیاهان مقادیر زیادی آب را به صورت برگاب، ساق آب، جذب یا صرف رشد و نمو میکنند و مقادیر زیادی آب از طریق منافذ در عمق خاک ذخیره میشود، فقر پوششگیاهی مناسب در بالادست حوضه همچنین وجود دام مازاد در مراتع، چرای مفرط، قطع درختان جنگلی موجب تخریب پوشش گیاهی در ماسوله است. بنابراین نیاز به آشکارسازی، پیشبینی و مراقبت چنین تغییراتی در یک اکوسیستم از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این تحقیق، به منظور پیشبینی تغییرات کاربری اراضی در آینده از مدل تلفیقی زنجیره مارکوف- سلولهای خودکار بهره گرفته شد. زنجیره مارکوف کاربردهای گستردهای در مدل کردن تغییرات کاربری اراضی و پیشبینی آن دارند.
مواد و روشها
حوضه شهرک ماسوله، یکی از زیرحوضههای ماسوله رودخان میباشد که در استان گیلان، در جنوب شهرستان فومن و در موقعیت جغرافیایی 48 درجه و 53 دقیقه و 49 درجه طول شرقی و 37 درجه و 7 دقیقه تا 37 درجه و 11 دقیقه عرض شمالی واقع شده ا ست - شکل. - 1 این حو ضه دارای ارتفاع متو سطی برابر 1919 متر می با شد. بلندترین نقطه حو ضه دارای 3040 متر و پ ستترین نقطه 798 متر از سطح دریای آزاد ارتفاع دارد - شکل. - 2 طول آبراهه ا صلی 8/75 کیلومتر و شیب آبراهه 17/5 در صد میبا شد تراکم شبکه آبراهه ای 1/05 و زمان تمرکز حوضه براساس روش کرپیچ 42 دقیقه میباشد - رمضانی و عبدالهی، . - 1381
در پژوهش حاضر، از مدل تلفیقی زنجیره مارکوف و سلولهای خودکار در محیط نرمافزاری idrisi استفاده شده است. در ابتدا نقشه طبقهبندی کاربری اراضی در محیط نرمافزاری ENVI با استفاده از روش الگوریتم بیشترین شباهت برای سالهای 1998، 2008و 2018 استخراج گردید برای ارزیابی صحت تصاویر طبقهبندی شده از ضریب کاپا و دقت کلی برای هر کدام از کلاسها تعیین محاسبه شده است. سپس نتایج طبقه بندی کاربری اراضی به محیط idrisi انتقال داده شد. در مرحله بعد با استفاده از ماژولهای MARCOV و 1CA- MARCOV میزان تغییرات و پایش وضعیت آینده کاربری برای بیست آینده - سال - 2038 استخراج گردید. در واقع، تحلیل زنجیره مارکوف یک ابزار مناسب برای مدلسازی تغییرات کاربری زمین در جایی است که توصیف تغییرات و فرآیندهای سیمای زمین مشکل باشد. تحلیل زنجیره مارکوف تغییرات کاربری زمین از یک دوره به دوره دیگر را بیان کرده و از آن به عنوان پایهای برای نقشهسازی تغییرات آینده استفاده میکند.
این کار با استفاده از توسعه یک ماتریس احتمال انتقال تغییرات کاربری زمین از زمان 1 به زمان 2 انجام میگیرد که به عنوان پایهای برای نقشهسازی دورههای زمانی آینده مورد استفاده قرار خواهد گرفت. یک مسئله اصلی در تحلیل مارکوف این است که هیچ بخشی از موقعیتهای جغرافیایی مناطق د رآن وجود ندارد. احتمالات انتقال ممکن است که برای هر یک از کاربریها بدست آمده باشد، اما هیچ اطلاعاتی از توزیع مکانی تغییرات مربوط به هرکدام از طبقات کاربری در آن وجود ندارد. برای اضافه کردن عنصر مکانی به مدل از شبکه خودکار - CA - استفاده شده است. با استفاده از خروجیهای تحلیل زنجیره مارکوف - فایل مساحت انتقال یافته - - Transition Area، CA- MARCOV از یک فیلتر مجاورت برای استخراج کاربری زمین از زمان2 به دورههای زمانی بعد استفاده خواهد کرد. در حقیقت، فیلترCA یک فاکتور وزندهی مکانی را توسعه میدهد که برای هر کدام از مطلوبیتها به کار گرفته خواهد شد - سلمان ماهینی و کامیاب، . - 1390
بحث و نتایج و یافته ها -1-1 طبقهبندی تصاویر ماهوارهای و تهیه نقشه کاربری اراضی:
پس از استخراج نمونههای تعلیمی و رقومی کردن آنها، براساس الگوریتم بیشترین شباهتٍ، طبقهبندی دادههای ماهوارهای انجام شد و منطقه مورد مطالعه به چهار طبقه کاربری اراضی، شامل پوششگیاهی انبوه، مرتع، منطقه مسکونی، پوشش گیاهی تنک تعریف شد. نقشه نوع کاربری برای سه دوره، سالهای 1998، 2008 و 2018 با فاصله زمانی ده سال استخراج شده است. طبق نتایج نقشه کاربری و مساحت کاربریها نشان میدهد که پوششگیاهی انبوه و متراکم در سال 1998، 18/58 درصد از منطقه را پوشش داده که این مقدار در سال 2008 روند افزایشی را نشان میدهد و در سال 2018 مجددا روند کاهشی در پراکندگی پوشش گیاهی انبوه مشاهده میشود. کاربری مرتع در سال 1998، 54/03 درصد به 45/01 درصد در سال 2008 کاهش یافته است و همچنین در سال 2018 نیز کاهش این نوع کاربری مشاهده میشود. مناطق مسکونی در طی سالهای مطالعاتی، روند افزایشی را نشان میدهد اما این افزایش، تغییرات چشمگیری نداشته است. در بین کاربریها، پوششگیاهی تنک در طی بیست سال مطالعاتی، افزایش قابل توجهی داشته است - شکل3 تا. - 5 در این پژوهش جهت ارزیابی مدل زنجیره مارکوف با استفاده از ماتریس انتقال سال 1998 و 2008 و فیلتر CA، نقشه پیشبینی سال 2018 تهیه گردید. نتیجه مربوط به ارزیابی دقت نقشه پیشبینی توسط مدل زنجیره مارکوف برای سال 2018 در شکل - - 6 ارائه شده است. همچنین دقت ارزیابی براساس ضریب کاپا توسط ماژول ERRMAT برای نقشه واقعی 2018 و نقشه پیش بینی 2018 محاسبه گردید. مقدار ضریب کاپا محاسبه شده برابر با 0/78 میباشد که نشاندهنده قابلیت استفاده از مدل زنجیره مارکوف در پیشبینی تغییرات کاربری میباشد.
