پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

پژوهشهای ژئومورفولوژی کمّی

بررسی تغییرات پوشش جنگلی حوضۀ آبخیز قلعه‌رودخان فومن و اثرات آن بر فرسایش حوضه با استفاده از طبقه‌بندی شی‌گرا و الگوریتم چندمعیارۀ ماباک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد ژئومورفولوژی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشکده علوم اجتماعی، دانشگاه محقق اردبیلی.
2 دانشجوی دکتری ژئومورفولوژی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی.
10.22034/gmpj.2024.432332.1477
چکیده
فرسایش خاک یک خطر جهانی است که به‌طور جدی منابع آب و خاک را تهدید می‌کند و تغییرات اراضی و به ویژه تخریب و تغییرجنگل‌ها، از عوامل مهّم دخیل در افزایش پتانسیل رخداد آن می‌باشد. بر این اساس، پژوهش حاضر به دنبال ارزیابی اثر تغییرات پوشش جنگلی، بر فرسایش خاک در حوضۀ قلعه‌رودخان فومن، واقع در استان گیلان می‌باشد. در راستای دستیابی به اهداف پژوهش، ابتدا نقشه کاربری اراضی با استفاده از روش شی‌گرا برای دو دورۀ 1371 و 1402، تهیه شد. در مرحله بعد، با شناسایی عوامل مؤثر دخیل در فرسایش منطقه و تهیۀ لایه‌های اطّلاعاتی هر معیار در GIS، ارزش‌گذاری و استانداردسازی لایه‌ها با استفاده از تابع عضویت فازی و وزن‌دهی معیارها، با استفاده از روش کرتیک انجام گردید. در نهایت؛ تحلیل و مدل‌سازی نهایی با استفاده از روش تحلیل چند‌معیارۀ ماباک انجام شد. بررسی تغییرات کاربری حوضه حاکی از این امر هست که بیشترین مساحت کاربری در سال 1371 مربوط به پوشش جنگلی با وسعت 17/222 کیلومترمربع می‌باشد که در سال 1402 وسعت آن به 03/205 کیلومترمربع کاهش یافته است. به علاوه نتایج نشان داد، کاربری‌ مناطق مسکونی بیشترین تغییر را در 30 سال گذشته داشته است، مساحت این کاربری در سال 1371، حدود 01/33 کیلومترمربع بوده که در سال 1402 به مقدار 18/60 کیلومترمربع افزایش پیدا کرده است. با توجه به نقشة پهنه‌‌بندی فرسایش نیز به ترتیب؛ مساحت طبقۀ با پتانسیل فرسایش بسیار زیاد و زیاد از 92/98 و 19/118 کیلومترمربع در سال 1371 به 39/132 و 94/119 کیلومترمربع در سال 1402، افزایش پیدا کرده است. می‌توان اذعان داشت، کاهش پوشش جنگلی و تبدیل آن به مناطق کشاورزی، مراتع و اراضی مسکونی و همچنین، تجاوز به حریم و بستر رودخانه به صورت تغییرات کاربری رودخانه به کشاورزی و مسکونی، در افزایش پتانسیل فرسایش خاک حوضه بیشترین نقش را داشته است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating changes in the forest cover Ghaleroodkhan Fuman watershed and its effects on watershed erosion using object-oriented classification and MABAC multi-criteria algorithm

نویسندگان English

Aghil Madadi 1
sayyad asghari 1
Hossein Hajatpour 2
1 physical geography, universiy of Mohaghegh Ardabili
2 Department of Physical Geography, Faculty of Social Sciences, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
چکیده English

Extended Abstract



Introduction

Soil erosion is a global risk that seriously threatens water and soil resources, and land changes, especially the destruction and change of forests, are important factors involved in increasing the potential of its occurrence. Therefore, planners and managers must be aware of forest cover changes and their role in causing soil erosion over some time. The evidence shows that with the increase in population and to meet the needs of the residents, the extent of forest lands in the Ghaleroodkhan basin has decreased and the amount of soil erosion has increased. Based on this, the current research seeks to evaluate the effect of changes in forest cover on soil erosion in the Ghaleroodkhan Fuman basin.



Methodology

In this research, to investigate land use changes (especially forest), Landsat satellite images from (OLI-TM) sensors for the years (1992-2023) were obtained from the American Geology website in August. Then, to prepare the images, geometric and atmospheric corrections were made on the images using the Flash method and Envi5.3 software. In the next step, using the object-oriented classification method and the nearest neighbor algorithm by Ecognition software, land use maps were extracted in 1992 and 2023. In the next step, by identifying the effective factors involved in the erosion of the region (including; land use, slope, lithology, soil, distance from the road, distance from the river, and rainfall) and preparing the information layers of each criterion in GIS, valuing and standardizing the layers using Fuzzy membership function and criteria weighting were done using Critique method. Eventually; The final analysis and modeling was done using MABAC multi-criteria analysis method.



Results and Discussion

It can be said that the largest area of use in 1992 is related to forest cover with an area of 222.17 square kilometers, which has decreased to 205.03 square kilometers in 2023. The next land use, which has the largest area in the Ghaleroodkhan basin, is the use of agricultural land. The amount of agricultural area in 1992 was about 161.03 square kilometers, which decreased by about 11 square kilometers in 2023 and reached 150.05 square kilometers. The land use of residential areas has changed the most in the last 30 years, in the starting year (1992) was about 33.01 square kilometers, and in 2023 it reached the area of 60.18 square kilometers.

According to the obtained results, the criteria of slope, land use, and lithology, respectively; In 1992, with weight coefficients of 0.164, 0.154, and 0.145, and in 2023, with weight values of 0.169, 0.158, and 0.142, they received the highest value of weight coefficient in both studied periods. . Also, according to the erosion zoning maps of the studied basin, it can be seen that in 1992, the area of the layer with very high and high erosion potential was 98.92 and 118.19 square kilometers, respectively. in 2023 respectively; 132.39 and 119.94 square kilometers of the basin surface have very high erosion potential.



Conclusion

The results of the study show a decrease in the area of forest cover in the Ghaleroodkhan basin during the study period. So about 1700 hectares of the forest lands of the basin have been reduced and converted to other uses. Mainly, a large area of the forested lands of the basin has been converted into non-forested lands such as agriculture, residential, and pastures, which indicates the not very suitable situation for protecting the region.

It can be acknowledged that according to the trend of land use changes during the studied period, the reduction of forest cover and its conversion to agricultural areas, pastures, and residential lands, as well as encroachment on the privacy and river bed in the form of changes in the use of the river to agriculture and residential. Along with other natural factors of the range, such as; The presence of sensitive and erodible formations, high slope, adequate rainfall, and the abundance of waterways have played the greatest role in increasing the soil erosion potential of the Ghaleroodkhan basin. Due to the severity of destruction in the study area, necessary management measures should be taken as soon as possible to prevent and reduce further damage to the forests of the area, as well as to reduce erosion. Eventually; It should be acknowledged that the use of the land use change map and the erosion risk zoning map obtained in the present study is a practical guide to know the state of forest destruction in the region and the erosion potential of the basin.

Keywords: Soil erosion, land use changes, MABAC, object oriented method, Ghaleroodkhan.

کلیدواژه‌ها English

Soil erosion
land use changes
MABAC
object oriented method
Ghaleroodkhan
ارخی، ص.، 1401. ارزیابی تاثیر تغییرات کاربری اراضی و بارش بر فرسایش و رسوب با استفاده از سنجش از دور و GIS  (مطالعه موردی: حوضه پایین‌دست سد ایلام)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، دوره 11، شماره 1، صص 81-62.
اسمعیل‌پور، م.، لاله‌پور، م.، ممقانی، سمانه.، 1401. ارزیابی میزان آسیب‌پذیری مساکن شهر تبریز در برابر مخاطره زلزله (مطالعه موردی: منطقه 10 شهرداری، نشریه علمی جغرافیا‌و‎برنامه‌ریزی، دوره 26، شماره 82، صص 27-48.
اصغری سراسکانرود، ص.، محمدنژاد، و.، امامی، هادی.، 1398. بررسی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روشهای پیکسل پایه و شی گرا و تحلیل اثرات تغییر کاربری ها بر فرسایش خاک (مطالعه موردی: شهرستان مراغه)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، دوره 8، شماره 1، صص 160-178.
اصغری سراسکانرود، ص.، ناصری، الف.، 1399. استخراج نقشه کاربری اراضی شهرستان سوسنگرد با استفاده از الگوریتم‌های پیکسل پایه و شی‌گرا، فضای جغرافیایی، جلد 20، شماره 69، صص ۷۷-۹۵
ایلدرمی، ع.، قاسمی، ف.، بهمنی، ن.، 1394 بررسی نقش عوامل اقتصادی-اجتماعی در تخریب زیست‎بوم جنگل‌های زاگرس (منطقه کاکارضا لرستان)، تحقیقات حمایت‌و‌حفاظت جنگل‌ها و مراتع ایران، دوره 13، شماره 2، صص 149-140.
بادآهنگ گله‌بچه، الف.، عابدی سروستانی، الف.، محبوبی، م.ر. 1397. بررسی نگرش روستاییان حاشیه جنگل نسبت به تغییر کاربری اراضی جنگلی (مطالعه موردی استان گلستان)، مدیریت اراضی، دوره 6، شماره 2، صص 143-151.
بادآهنگ گله‌بچه، االف.، عابدی سروستانی، الف.، محبوبی، م.ر.، 1400. دیدگاه روستاییان حاشیة جنگل دربارة محیط‌زیست و ارتباط آن با وضعیت جنگل‌ها نمونة پژوهش: استان گلستان. جغرافیا ‌و برنامه‌ریزی محیطی، دوره 32، شماره 2، صص 82-67.
پرویزی، ی.، بیات، ر.، عربخدری، م.، فاتحی، ش.، 1399. تعیین عوامل مؤثر بر سیمای فرسایش خاک در دیم‌زارهای استان کرمانشاه بر پایه شبیه‌سازی میدانی بارندگی، مجله علوم ومهندسی آبخیزداری ایران، جلد 14، شماره 39، صص۷۰-۸۲.
تقی‌پور، ص.، قدس‌خواه دریایی، م.، حیدری صفری کوچی، الف.، 1399. بررسی تغییرات پوشش جنگل و مرتع زیست‌بوم ارسباران طی ۳۴ سال با کاربرد تکنیک سنجش از دور، حفاظت زیست بوم گیاهان. دوره 8، شماره 17، صص ۱۳۹-۱۵۶.
جعفریان، ن.، کرمی، الف.، 1400. ارزیابی میزان تخریب اراضی طبیعی با تکیه بر تغییرات کاربری اراضی در مناطق جنگلی زاگرس، مدیریت جامع حوزه‌های آبخیز، دوره 1، شماره 2، صص 47-61.
حسام، م.، اروجی، ح.، 1398. شناسایی و ارزیابی کانون‌های بوم‌گردی در استان گیلان، برنامه‌ریزی و توسعه گردشگری، سال 8، شماره 31، صص 97-114.
حسنی‌مهر، ص.، 1392. بازشناسی استفاده از پتانسیل جنگل‎های گیلان با نگرش توسعه، پژوهش‌های جغرافیای انسانی، دوره 45، شماره1، صص 198-185.
رضائی‌مقدم، م.ح.،‌ مختاری، د.، سمندر، ن.، 1399. استخراج و ارزیابی تغییرات کاربری اراضی با به‌کارگیری الگوریتم SVM  با کرنل چندجمله‌ای و روش حداکثر احتمال در محدودۀ حوضه آبریز اوجان‌چای بستان‌آباد، جغرافیا و مخاطرات محیطی، دوره 9، شماره 4، صص 44-25.
عابدینی، م.، بهرامی‌نیا قوجه‌بیگلو، ف.، مصطفی‌‌زاده، ر.، پاسبان، االف.ح.، 1402. بررسی تاثیر تغییرات کاربری اراضی در یک دوره بیست سال بر میزان فرسایش و رسوب حوضه رضی‌چای، جغرافیا‌و مطالعات محیطی، دوره 12،شماره 45، صص 133-114.
عبداللهی، س.، نصیری، وحید.، 1399. آشکارسازی و پیش‌بینی تغییرات سطح جنگل‌های استان گیلان با استفاده از تصاویر ماهوارهای و مدل ژئومد، پژوهش و فناوری محیط زیست، دوره 5، شماره 7، صص 141-151.
فیضی‌زاده، ب.، جعفری، ف.، نظم‌فر، ح.، 1387. کاربرد داده‌های سنجش از دور در آشکارسازی تغییرات کاربری‌های اراضی شهری (مطالعه موردی فضای سبز شهر تبریز)، هنرهای زیبا، شماره 34، صص 24-17.
فیضی‌زاده، ب.، خدمت‌زاده، ع.، نیکجو، م.ر.، (1397). ریز طبقه‌بندی اراضی باغی و زراعی با استفاده از تکنیک‌های پردازش شی پایه والگوریتم‌های فازی با هدف تخمین سطح زیر کشت، تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، دوره 18، شماره 48، صص 201-216.
محمودآبادی، س.، حلی‌ساز، االف.، محمدی کنگرانی، ح.، غلامی، ح. (1399). پیش بینی تغییرات کاربری اراضی در دشت سیرجان با استفاده از زنجیره مارکوف-سلولار، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، دوره 9، شماره 1، صص 116-102.
مددی، ع.، فعال نذیری، م.، پیروزی، الف.، 1401. ارزیابی تغییرات کاربری اراضی و اثرات آن بر فرسایش خاک در حوضه بالادست سد یامچی اردبیل، با استفاده از الگوریتم تصمیم‌گیری چند معیاره ARAS و روش‌های نوین سنجش از دور، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، سال 12، شماره 1، صص 52-70.
معتمدی‌راد، م.، زنگنه اسدی، م.ع.، عجم، ح.، 1402. بررسی میزان فرسایش خاک و تولید رسوب با استفاده از مدل  (RUSLE)و روش پسیاک اصلاح شده (مطالعه موردی: حوضه آبریز کال اسماعیل دره شهرستان شاهرود استان سمنان)، پژوهش‌های ژئومورفولوژی کمّی، دوره 11، شماره 4، صص 165-147.
نقره علیزاده درویی، ب.، قدس خواه دریایی، م.، حیدری صفری کوچی، الف.، 1399. اولویت‌بندی عوامل تخریب جنگل‌های غرب گیلان در یک بازه زمانی 24 ساله با تکنیک سنجش از دور، جغرافیای طبیعی، دوره 13، شماره 49، صص 23-34.
وارسته خانلری، ز.، گلچین، الف.، موسوی کوپر، ع.، علمداری، پ.، 1398. تغییر ویژگی‌های بیولوژیکی یک خاک جنگلی پس از تبدیل به شالیزار و تعیین حساس‌ترین ویژگی به تغییر کاربری اراضی، پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، دوره 26، شماره 4، صص 282-269.
Aher, P., Adinarayana, J., & Gorantiwar, SD., 2013. Prioritization of watersheds using multi-criteria evaluation through the fuzzy analytical hierarchy process, Agric Eng Int CIGR J, 15(1), 11–1.
Alinezhad, A., & Khalili, J., 2019. New Methods and Applications in Multiple Attribute Decision Making (MADM). International Series in Operations Research & Management Science, 277, Springer, Cham.
Hoseini, H., 2019. Use fuzzy interface systems to optimize land suitability evaluation for surface and trickle irrigation, Information Processing in Agriculture, 6 (1), 11-19.
Hussain, S., Mubeen, M., Akram, W., Ahmad, A. Habib-Ur-Rahman, M., Ghaffar, A., Amin, A., Awais, M., Umar Farid, H., Farooq, A., & Nasim, W., 2020. Study of land cover / land use changes using RS and GIS : a case study of Multan district, Pakistan, Environ Monit Assess,192(1), 1-15.
Jalayer, S., Sharifi, A., Abbasi-moghadam, D., Tariq, A., & Qin, S. 2022., Modeling and Predicting Land Use Land Cover Spatiotemporal Changes: A Case Study, IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 15, 5496–5513.
Kenneth, M., & Gunter, M. 2012., Monitoring Land-Use Change in Nakuru Kenya Using Multi-Sensor Satellite Data, advance remote sensing, 1, 74-78.
Kidane, M., Bezie, A., Kesete, N., & Tolessa, T., 2019. The impact of land use and 0land cover (LULC) dynamics on soil erosion and sediment yield in Ethiopia. Heliyon, 5 (12), 1-13.
Kogo, B.K., Kumar, L., & Koech R., 2020. Impact of Land Use/Cover Changes on Soil Erosion in Western Kenya. Sustainability, 12, 9740, 1-17.
Li, M., Li, T., Zhu, L., Meadows, ME., Zhu, W., & Zhang, S., 2021. Effect of Land Use Change on Gully Erosion Density in the Black Soil Region of Northeast China from 1965 to 2015: A Case Study of the Kedong County. Front. Environ. Sci, 9, 652-933.
Masselink, R., Temme, A.J.A.M., Giménez, R., Casalí, J., & Keesstra, S.D., 2017. Assessing hillslope-channel connectivity in an agricultural catchment using rare-earth oxide tracers and random forests models, Cuadernos de Investigación Geográfica,43 (1), 19-39.
Nekhay, O., Arriaza, M., & Boerboom, L., 2009. Evaluation of erosion risk using Analytic Network Process and GIS: a case study from Spanish mountain olive plantations. J Environ Manag, 90(10), 3091-3104.
Shataee, Sh., & Abdi, O., 2007. Land Cover Mapping in Mountainous Lands of Zagros Using ETM+ Data (Case Study: Sorkhab Watershed, Lorestan Province), J., Agri. Sci. Natural Resources, 14 (1), 129-139.
Tachizuka, S., Hung, T., Ochi, S., & Yasuoka, Y., 2002. Monitoring of Long-term Urban Expansion by the use of Remote Sensing Image from Different Sensor, Asian conference on Remote sensing, Kathmandu, Nepal, November 2002, 25 – 29.
Wang, J., Wei, G., Wei, C., & Wei, Y., 2020. MABAC method for multiple attribute group decision making under q-rung orthopair fuzzy environment, Defence Technology, 16 (1), 208-216.
Wessels, K.J, Prince, S.D., Frost, P.E., & Van, Z.D., 2004. Assessing the effects of human induced land degradation in the former homelands of northern South Africa with a 1 km AVHRR NDVI time-series. Journal of Remote Sensing Environment, 9 (1), 47–67
Xiaolu, S., & Cheng, B., 2011. Change Detection Using Change Vector Analysis from Landsat TM Images in Wuhan, Procedia Environmental Sciences, 11 (1), 238 – 244.
Zhang, X., WU, B., Zeng, Y., Yan, N., & Yuan, C., 2010. Identification of priority areas for controlling soil erosion. Catena, 83, 76–86.
Zhu, H., & Liu, F., 2021. A group-decision-making framework for evaluating urban flood resilience: a case study in yangtze river. Sustain.13(2), 1–16.