بررسی تغییرات کاربری اراضی حوضه تالاب صالحیه با استفاده از داده های ماهواره لندست

چکیده مبسوط مقدمه: تالاب ها از نظر بوم شناختی جزو بااهمیت ترین و درعین حال آسیب پذیرترین اکوسیستم ها به شمار می روند. این اکوسیستم ها نقش اساسی در حفاظت از تنوع زیستی، تنظیم منابع آبی و تثبیت اقلیم ایفا می کنند. با این حال، این منابع طبیعی به طور فزاینده ای در معرض تهدید ناشی از فشارهای انسانی و تغییرات اقلیمی قرار دارند و همین امر منجر به تخریب گسترده آن ها شده است. بر اساس ارزیابی های جهانی، بیش از ۵۰ درصد تالاب های جهان از اوایل قرن بیستم تاکنون از بین رفته اند. این روند نگران کننده، ضرورت توسعه راهبردهای موثر برای پایش و مدیریت تالاب ها را – به ویژه در مناطق نیمه خشک که تالاب ها نقشی حیاتی در حفظ تعادل زیست محیطی دارند – دوچندان می کند. تالاب صالحیه واقع در استان البرز ایران طی دهه های اخیر دچار تغییرات زیست محیطی گسترده ای شده است که بخش عمده ای از آن به مداخلات انسانی از جمله احداث زهکش ها نسبت داده می شود. هدف این مطالعه بررسی تغییرات کاربری و پوشش اراضی (LULC) در تالاب صالحیه طی بازه زمانی ۱۳۶۷ تا ۱۴۰۰ شمسی (معادل ۱۹۸۸ تا ۲۰۲۱ میلادی) با استفاده از داده های سنجش ازدور ماهواره ای، شاخص های NDWI و NDVI و الگوریتم یادگیری ماشین جنگل تصادفی (Random Forest) است.مواد و روش ها: در این پژوهش از تصاویر ماهواره ای لندست ۵ (TM) و لندست ۸ (OLI/TIRS) برای تحلیل تغییرات زمانی در پوشش اراضی تالاب و نواحی پیرامونی آن استفاده شد. داده های ماهواره ای پس از دریافت، تحت پردازش های اولیه شامل تصحیح هندسی و رادیومتریک قرار گرفتند تا کیفیت اطلاعات بهینه شود. به منظور استخراج اطلاعات درباره پهنه های آبی و پوشش گیاهی، شاخص نرمال شده تفاوت آب (NDWI) و شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی (NDVI) محاسبه شد. این شاخص ها در تفکیک موثر بین آب، پوشش گیاهی و سایر کاربری ها بسیار مفید بودند و درک بهتری از پویایی های هیدرولوژیکی و بوم شناختی منطقه فراهم کردند. طبقه بندی کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی انجام شد؛ این الگوریتم یادگیری ماشین با دقت طبقه بندی بالا و توانایی پردازش داده های بزرگ و چندبعدی، یکی از روش های پرکاربرد در سنجش ازدور محسوب می شود. برای ارزیابی عملکرد طبقه بندی، از شاخص های رایج دقت کلی (Overall Accuracy) و ضریب کاپا (Kappa Coefficient) استفاده شد که معیارهای استاندارد سنجش دقت طبقه بندی در مطالعات سنجش ازدور هستند.نتایج و بحث: نتایج حاصل از تحلیل شاخص NDWI نشان داد که در سال ۱۳۶۷ بیشترین میزان این شاخص (حداکثر ۶۴/۰) و وسیع ترین سطح پوشش آبی در منطقه وجود داشته است. با گذر زمان و به ویژه پس از احداث زهکش، مساحت پهنه های آبی ازجمله تالاب صالحیه با روندی کاهشی مواجه شد. بر این اساس، سهم اراضی آبی از کل منطقه از ۶۴/۲ درصد در سال ۱۳۶۷ به ۰۵/۰ درصد در سال ۱۴۰۰ کاهش یافته است. در خصوص کاربری اراضی، بررسی ها نشان داد که در سال های ۱۳۶۷، ۱۳۷۷ و ۱۳۸۷، بیشترین مساحت به اراضی مرتعی اختصاص داشته که بیش از ۴۹ درصد از کل منطقه را در بر می گرفت. اما در سال های ۱۳۹۷ و ۱۴۰۰ این روند معکوس شده و اراضی کشاورزی جایگزین مراتع شده اند؛ به گونه ای که در سال ۱۴۰۰، مساحت اراضی کشاورزی به حدود ۸۴/۲۸۱۷ کیلومترمربع معادل بیش از ۴۵ درصد از کل منطقه رسیده است. رشد نواحی مسکونی نیز یکی دیگر از روندهای بارز مشاهده شده بود. این اراضی از ۲۵/۴۶ کیلومترمربع در سال ۱۳۶۷ به ۲۱/۷۷۰ کیلومترمربع در سال ۱۴۰۰ افزایش یافتند. این موضوع حاکی از فشار فزاینده انسانی و توسعه طلبی شهری بر منابع طبیعی منطقه است. همچنین دقت کلی نقشه های طبقه بندی شده بالای ۹۳ درصد و ضریب کاپا بیش از ۹۰/۰ بود که نشان دهنده دقت و کارایی بالای الگوریتم جنگل تصادفی در تحلیل تغییرات کاربری اراضی است.نتیجه گیری: این مطالعه شواهد روشنی از تغییرات گسترده زیست محیطی در تالاب صالحیه طی چهار دهه گذشته ارائه می دهد. احداث زهکش ها، تشدید فعالیت های کشاورزی و گسترش شهری از عوامل اصلی کاهش چشمگیر منابع آبی طبیعی و مراتع به شمار می روند. ادغام داده های سنجش ازدور ماهواره ای با تکنیک های پیشرفته یادگیری ماشین نظیر الگوریتم جنگل تصادفی، چارچوبی کارآمد برای پایش تغییرات کاربری و پوشش اراضی در طول زمان فراهم می کند. با توجه به اهمیت تالاب ها، لازم است سیاست گذاران راهبردهای جامع حفاظتی و احیایی را به منظور جلوگیری از تخریب بیشتر اتخاذ کنند. دستیابی به توسعه پایدار در گرو رویکردی متوازن میان توسعه شهری، نیازهای کشاورزی و حفظ منابع طبیعی است. همچنین، پایش مستمر با استفاده از داده های سنجش ازدور باید به عنوان اولویت در برنامه های مدیریتی لحاظ شود تا امکان تصمیم گیری مبتنی بر شواهد و مدیریت تطبیقی در برابر چالش های زیست محیطی فراهم شود.

کلیدواژه ها:

ضریب کاپا ، بستر آبی ، MNDWI ، NDVI ، تالاب