Investigation of the trend of land use changes in Rey city using remote sensing data
Subject Areas : Urban and local planning
sara
foroutan
1
(دانشگاه ازاد واحد علوم و تحقیقات)
mahmoud
shariat
2
(دانشگاه ازاد واحد علوم و تحقیقات)
mirmasoud
kheirkhah zarkesh
3
rahim
sarvar
4
(Islamic Azad University)
Keywords: Satellite Imagery, Change, Urban Development, Environmental Damage ,
Abstract :
Rey city has experienced unprecedented urban growth in recent decades that leading to drastic changes in the land use of the region. Therefore, the purpose of this article was to investigate the changes in land use area of Rey city during the years 1988 to 2006 using aerial photographs and satellite images of Landsat and IRS. With supervised and unsupervised classification of the satellite images, 4 land uses types including urban lands, agricultural lands, green spaces and barren lands were extracted. Land use layers were compared in pairs and the rate of land use changes was extracted. The results showed that urban land use made and urban green space have increased 369.7 and 55.6 hectares, respectively, and agricultural lands and barren lands have decreased 213.8 and 211.5 hectares, respectively. The growth of residential areas during a period of 6 years from 2000 to 2006 totally with 212.7 hectares has been faster changed than a period of 12 years from 1988 to 2000 with 157 hectares. A pairwise comparison matrix of land uses was used to determine the amount of environmental damages caused by unprincipled changes in the region land uses in the studying period. The results show that the conversion of barren lands, agriculture and urban green space into residential lands with the amounts 44.65, 42.44 and 14.85 causes high degree of environmental damages. Land use change, especially the loss of vegetation, has a negative impact on the landscape.
امیدوار، کمال؛ نارنگی فرد، مهدی؛ عباسی، حجت الله (1394). آشکارسازی تغييرات كاربری اراضي و پوشش گیاهی در شهر یاسوج با استفاده از سنجش از دور. جغرافیا و آمایش شهری – منطقه ای (16). 126-111.
حیدریان، پیمان؛ رنگزن، کاظم؛ ملكي، سعید؛ تقي زاده، ایوب (1392). پايش تغييرات كاربري اراضي با استفاده از روش مقایسه پس از طبقه بندی تصاویر مـاهواره لندست (مطالعة موردي: اراضي شهر تهران). سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 4(4). 10-1.
خوش¬لهجه، مهدی؛ برنجگر، بابک؛ مقیمی؛ بهشتی فر، سارا؛ مقصودی، یاسر،؛محمدزاده، علی (1398). مروری بر روشها و مدلهای مورد استفاده در شناسایی تغییرات کاربری اراضی با تکیه بر سنجش از دور و GIS (با تاکید بر مطالعات صورت گرفته در کشور ایران). نشريه علمي علوم و فنون نقشه برداري، 9 (2). 242-225.
سبزقبایی، غلامرضا؛ جعفرزاده، کاوه؛ دشتی، سیده سولماز؛ یوسفی خانقاه، شهرام؛ بزم آرا بلشتی، مژگان (1396). آشکارسازی تغييرات كاربری اراضي با استفاده از روشهای سنجش از دور و سيستم اطلاعات جغرافيايي (مطالعه موردی: شهرستان قائم شهر). علوم و تکنولوژی محيط زيست، 19 (3). 157-144.
فارسی، جواد و یوسفی، مریم (1392). آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده های سنجش از دور (مطالعه موردی: دشت بجنورد). فصلنامه جغرافیا و مطالعات محیطی. 2 (7). 106-59.
مجرد، کامران و کمانرودی موسی (1397). آشکارسازی تغییرات کاربری و پوشش اراضی با استفاده از تصاویر ماهواره ای و سیستم اطلاعات جغرافیایی (منطقه مورد مطالعه: استان مازندران. مجله کاربرد سیستم اطلاعات جغزافیایی و سنجش از دور در برنامه ریزی، 9 (1). 10-1.
Al-shalabi, M., Billa, L., Pradhan, B., Mansor, S., & Al-Sharif, A. A. (2013). Modelling urban growth evolution and land-use changes using GIS based cellular automata and SLEUTH models: the case of Sana’a metropolitan city, Yemen. Environmental earth sciences, 70(1), 425-437.
Billa, M. A. L. (2013). Modelling urban growth evolution and land-use changes using GIS based cellular automata and SLEUTH models: The case of Sana’ a metropolitan city, Yemen. Environmental Earth Sciences, 70(1), 425–437.
Bolca, M., Turkyilmaz, B., Kurucu, Y., Altinbas, U., Esetlili, M. T., & Gulgun, B. (2007). Determination of impact of urbanization on agricultural land and wetland land use in Balçovas’ Delta by remote sensing and GIS technique. Environmental monitoring and assessment, 131(1-3), 409-419.
Bolca, M., Turkyilmaz, B., Kurucu, Y., Altinbas, U., Esetlili, M. T., & Gulgun, B. (2007). Determination of impact of urbanization on agricultural land and wetland land use in Balçovas’ Delta by remote sensing and GIS technique. Environmental monitoring and assessment, 131(1-3), 409-419.
Deng, J. S., Wang, K., Hong, Y., & Qi, J. G. (2009). Spatio-temporal dynamics and evolution of land use change and landscape pattern in response to rapid urbanization. Landscape and urban planning, 92(3-4), 187-198.
El Garouani, A., Mulla, D. J., El Garouani, S., & Knight, J. (2017). Analysis of urban growth and sprawl from remote sensing data: Case of Fez, Morocco. International Journal of Sustainable Built Environment, 6(1), 160-169.
Fenta, A. A., Yasuda, H., Haregeweyn, N., Belay, A. S., Hadush, Z., Gebremedhin, M. A., & Mekonnen, G. (2017). The dynamics of urban expansion and land use/land cover changes using remote sensing and spatial metrics: the case of Mekelle City of northern Ethiopia. International journal of remote sensing, 38(14), 4107-4129.
Halefom, A., Teshome, A., Sisay, E., & Ahmad, I. (2018). Dynamics of Land Use and Land Cover Change Using Remote Sensing and GIS: A Case Study of Debre Tabor Town, South Gondar, Ethiopia. Journal of Geographic Information System, 10(02), 165.
Kumar, S., & Khan, N. (2018). Application of remote sensing and GIS in land resource management. Journal of Geography and Cartography, 1(3), 1-4.
Masser, I. (2001). Managing our urban future: the role of remote sensing and geographic information systems. Habitat international, 25(4), 503-512.
Mosammam, H. M., Nia, J. T., Khani, H., Teymouri, A., & Kazemi, M. (2017). Monitoring land use change and measuring urban sprawl based on its spatial forms: The case of Qom city. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 20(1), 103-116.
Mosammam, H. M., Nia, J. T., Khani, H., Teymouri, A., & Kazemi, M. (2017). Monitoring land use change and measuring urban sprawl based on its spatial forms: The case of Qom city. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 20(1), 103-116.
Mundia, C. N., & Aniya, M. (2005). Analysis of land use/cover changes and urban expansion of Nairobi city using remote sensing and GIS. International journal of Remote sensing, 26(13), 2831-2849.
Pirnazar, M., Ostad-Ali-Askari, K., Eslamian, S., Singh, V., Dalezios, N., Ghane, M., & Qasemi, Z. (2018). Change Detection of Urban Land Use and Urban Expansion Using GIS and RS, Case Study: Zanjan Province, Iran. International Journal of Constructive Research in Civil Engineering, 4(10.20431), 2454-8693.
Prabu, P., & Dar, M. A. (2018). Land-use/cover change in Coimbatore urban area (Tamil Nadu, India)—a remote sensing and GIS-based study. Environmental monitoring and assessment, 190(8), 445.
Ramachandra, T., Bharath, H., & Sowmyashree, M. (2013). Analysis of spatial patterns of urbanisation using geoinformatics and spatial metrics. Theoretical and Empirical Researches in Urban Management, 8(4), 5-24.
Rawat, J. S., Biswas, V., & Kumar, M. (2013). Changes in land use/cover using geospatial techniques: a case study of Ramnagar town area, district Nainital, Uttarakhand, India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 16(1), 111-117.
Saaty, T,L (1980). The analytical hierarchy process, planning priority. Resource Allocation. RWS Publication, USA.
Shaw, R., & Das, A. (2018). Identifying peri-urban growth in small and medium towns using GIS and remote sensing technique: A case study of English Bazar Urban Agglomeration, West Bengal, India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 21(2), 159-172.
Shaw, R., & Das, A. (2019). Identifying peri-urban growth in small and medium towns using GIS and remote sensing technique: A case study of English Bazar Urban Agglomeration, West Bengal, India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 21(2), 159-172.
United Nations (2012) World urbanization prospects: the 2011 revision. Accessed on 25 July 2015 from http://esa.un.org/unpd/wup/index.htm.
United Nations (2015) World urbanization prospects: the 2014 revision. Highlights (ST/ESA/SER. A/352). Accessed on 28 Sept 2015 from http://esa.un.org/unpd/wup/Highlights/WUP2014- Highlights.pdf.
United Nations (2015) World urbanization prospects: the 2014 revision. Highlights (ST/ESA/SER. A/352). Accessed on 28 Sept 2015 from http://esa.un.org/unpd/wup/Highlights/WUP2014- Highlights.pdf.
Weng, Q. (2001). A remote sensing? GIS evaluation of urban expansion and its impact on surface temperature in the Zhujiang Delta, China. International journal of remote sensing, 22(10), 1999-2014.
بررسی روند تغییرات کاربری اراضی شهر ری با استفاده از سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی
چکیده
شهر ری ، در دهه‌هاي اخير رشد بي‌سابقه‌اي در شهرنشيني داشته که منجر به تغييرات شديدي در کاربری اراضی منطقه گرديده است. از این رو در این مقاله تغییرات مساحت مناطق مسکونی شهر ری طی سالهای 1367 تا 1385 با استفاده از عکس‌های هوایی سالهای 1334، 1368، 1379 و تصاویر ماهواره لندست وIRS سالهای 1367، 1379 و 1385 بررسی گردیده است. جهت پردازش و طبقه‌بندي تصاوير ماهواره‌اي از روش طبقه‌بندي نظارت شده و نظارت نشده در نرم افزار ENVI استفاده گرديد نهایتا 4 کاربری اراضی ساخته شده شهری، زمین‌های کشاورزی، فضای سبز و زمین‌های بایراستخراج شد. لایه‌هاي کاربري اراضی به صورت دو به دو در نرم‌افزار ادريسي با استفاده از روش Cross Tabulation مقايسه و میزان تغییرات کاربري اراضی طی سالهای 1367 تا 1385 استخراج شد. نتايج نشان داد که کاربری اراضي ساخته شده شهري و فضای سبز شهری به ترتیب 7/369 و 6/55 هکتار افزایش و زمین‌های کشاورزی و زمین‌های به ترتیب 8/213 و 5/211 هکتار کاهش داشته‌اند. رشد مناطق مسکونی طی دوره 6 ساله 1379 تا 1385 در مجموع با 7/212 هکتار از سرعت بیشتری نسبت به دوره 12 ساله 1367 تا 1379 با 157 هکتار تغییر برخوردار بوده است. برای تعیین میزان خسارات محیط زیستی ناشی از تغییر غیراصولی کاربري‌های اراضی منطقه در دوره زمانی مورد بررسی، از ماتریس مقايسه زوجی کاربری‌ها با قضاوت 19 نفر از کارشناسان در نرم‌افزار اكسپرت چويس استفاده گردید. نتایج نشان میدهد تبدیل زمین های بایر،کشاورزی و فضای سبز شهری به زمین های مسکونی با اعداد 65/44، 44/42 و 85/14 از شدت خسارت محیط زیستی بالایی برخوردارند.
کلمات کلیدی: کاربری اراضی، سنجش از دور، سامانه اطلاعات جغرافیایی، شهر ری
Studying of Land-Use Change Trend of Shahr-e Rey Using Remote Sensing and GIS
Abstract
In recent decades, Shahr-e Rey (Region 20 of Tehran) has experienced unprecedented growth in urbanization that has led to significant changes in land uses. Therefore, in this article have been analyzed the changes of the surface and area of Shahr-e Rey residential zones using by three series of aerial photographs of 1955, 1989 and 2000, in addition to Landsat and IRS satellite imagery pertinent to 1988, 2000 and 2006. For processing and classification of satellite images was used unsupervised and supervised classification method in software ENVI 4.2 and finally extracted 4 groups of built-urban lands, agricultural lands, urban green areas and wastelands. Land use layers were compared using Cross Tabulation method in IDRISI software and extracted the land use change from 1988 to 2006. The results show an increase in built-urban land use and urban green spaces with 369.7 and 55.6 hectares, and decreased utilization of agricultural land use and wastelands with 213.8 and 211.5 hectares respectively. It was shown through the findings that the growth of settlement areas with total amount of 212.7 ha during 6 years (2000-2006) had higher speed than its growth during 12 years (1988-2000) with 157 ha. In the last step, in order to determine the extent of environmental damage due to land use changes in 1988-2006, was used the pairwise comparison matrix in the Expert choice software with 19 expert’s points of view. The results showed that the change of moorland, farmland and urban green lands to build-urban lands were made high environmental damage with 44.65, 44.42 and 14.85 in respectively.
Keywords: Land use, Remote sensing, GIS, Shahr-e Rey
1- مقدمه
1-1- طرح مسئله
طبق آمار سازمان ملل متحد (2015)، به طور تقریبی 54 درصد از جمعیت جهان در نواحی شهری زندگی می‌کنند. تخمین‌زده شده است که ادامه شهرنشینی تا سال 250 در حدود 5/2 میلیارد به جمعیت نواحی شهری جهان اضافه خواهد کرد که 90 درصد این افزایش در کشورهای آسیایی و آفریقایی متمرکز خواهد بود (Masser, 2001: 8؛ United Nations, 2012:1)، این درحالی‌که به ترتیب 40 و 48 درصد جمعیت آفریقا و آسیا در مناطق شهری سکونت دارد، پیش‌بینی‌شده است که جمعیت نواحی شهری در این دو قاره 56 و 64 درصد تا سال 2050 افزایش پیدا می‌کند (United Nations, 2015, 5-6).
تراکم رشد جمعیت و تغییرات فعالیت‌های اقتصادی به عنوان عواملی هستند که موجب تغییر کاربری اراضی در نواحی شهری می‌گردد (Prabu and Dar, 2018: 1). گسترش سکونت انسان و فعالیت آن در محیط شهری موجب بروز تغییرات عمده‌ای در الگوهای کاربری اراضی در نواحی شهری شده است (Deng et al, 2009: 4; Weng, 2001:5). این تغییرات در ساختار کاربری اراضی بر روی شرایط اجتماعی، اقتصادی و زیست‌محیطی تأثیر می‌گذارد (Mundia and Aniya, 2005: 6-7).
از اینرو گردآوری اطلاعات در خصوص تغییرات کاربری اراضی در سالهای اخیر برای برنامه‌ریزی و مدیریت بهتر نواحی شهری در توسعه پایدار ضروری است (Ramachandra et al, 2013: 3; Rawat et al, 2013: 5). استفاده از نتایج تحلیل‌های تغییرات کاربری اراضی می‌تواند برای برنامه‌ریزان شهری و سیاست‌مداران بسیار مفید قلمداد گردد تا از این طریق بحران‌های ناشی از رشد سریع نواحی شهری را حل کنند. همچنین فرآهم‌آوری پایگاه داده مکانی از تغییرات کاربری اراضی، درک شدت این تغییرات و تبدیل زمین به کاربری‌های دیگر نیز در مدیریت اراضی حائز اهمیت زیادی است (Parbu and Dar, 2018; 2).
تهیه نقشه تغییرات کاربری اراضی ارائه‌دهنده اطلاعات اساسی برای مطالعه منابع زمینی است. جست‌وجو و تحلیل تغییرات کمی سطحی کره زمین به دلیل خروجی مفید آن در برنامه‌ریزی مناسب که در نهایت منجر به توسعه زیرساخت‌ها و رشد اقتصادی و صنعتی می‌شود طی سالیان گذشته از اهمیت بالایی برخودار شده و رفته‌رفته فواید زیادی را در برگرفته است (Kumar and Khan, 2018: 1-2).
فناوری‌های سنجش از دور و GIS به طور مؤثری در مطالعات شهری به منظور مطالعه پویایی رشد و ساختار آن کاربرد دارد (Bolca et al, 2007: 2-3; Billa, 2013: 4). استفاده از تحلیل‌های سنجش از دور و GIS درک ارزشمندی از تغییرات کاربری اراضی در نواحی شهری بوجود می‌آورد.
شهر ری با توجه به جايگاه ويژه‌اي که در ميان سایر مناطق کلانشهر تهران دارد، در دهه‌هاي اخير رشد بي‌سابقه‌اي را در شهرنشيني تجربه نموده که منجر به تغييرات شديدي در اطراف آن به ويژه در اراضي کشاورزي و باغ‌ها گرديده است. اين رشد سريع شهر و تغييرات ايجاد شده در انواع پوشش اراضي، نياز به آشکارسازي تغييرات براي برنامه‌ريزي صحيح جهت حفظ منابع موجود را آشکار مي‌نمايد. (هدف اصلي تحقيق در اين قسمت آورده شود).
1-2- پیشینه تحقیق
کومار و خان (2018) در مطالعه‌ای از GIS و سنجش از دور برای بررسی تغییرات کاربری اراضی شهر مادورای در ایالت تامیل‌نادو هند استفاده کردند. بدین منظور، طبقات مختلف کاربری اراضی به همراه تغییرات مکانی و زمانی آنها طی یک دوره هفت‌ساله (2006-1999) با استفاده از تصاویر لندست با استفاده از نرم‌افزارهای ArcGIS 9.3 و ERDAS Imagine 9.1 مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج مطالعه آنها نشان داد ناحیه مسکونی شهری از سال 1999 تا 2006 به میزان 09/17 درصد افزایش داشته است.
در مطالعه‌ای دیگر با عنوان شناسایی رشد نواحی نیمه‌شهری در شهرهای کوچک و بزرگ، شاو و داس (2017) با استفاده از GIS و سنجش از دور به بررسی افزایش مساحت نواحی شهری طی سالهای 1987 تا 2015 پرداختند. نتایج حاصل تحلیل مکانی تصاویر ماهواره‌ای لندست نشان داد نواحی شهری مالدا بنگال غربی در هند طی 28 سال گذشته در حدود 30 درصد افزایش رشد داشته است.
2- مواد و روشها
محدوده مطالعاتی شامل شهر ری (منطقه 20 شهرداری تهران)، در جنوب کلانشهر تهران واقع شده است. این منطقه از شمال به خیابان قدس و بزرگراه آزادگان (جنوب محدوده شهرداری‌های مناطق 15 و 16)، از شرق به محدوده شهرداری منطقه 15 و مسیل سرخه حصار و کوه بی‌بی شهربانو، از جنوب به شهرستان حسن‌آباد فشافویه و از غرب به صالح‌آباد (محدوده منطقه 19 شهرداری) محدود می‌گردد. حداکثر ارتفاع منطقه مطالعاتی حدود 1090 متر و حداقل آن حدود 1033 متر از سطح دریا بوده است. جمعیت این منطقه بر اساس سرشماری عمومی نفوس و مسکن سال ۱۳۹۰برابر ۳۷۸۴۴۵ نفر، وسعت آن ۲۳ کیلومتر مربع داخل محدوده شهری و ۱۵۳ کیلومتر مربع حریم، همچنین این منطقه دارای 5 ناحیه داخل محدوده شهری و 2 ناحیه خارج محدوده و ۲۲ محله است. مرز محدوده مطالعاتی در این پژوهش مربوط به نقشه حریم مناطق کلانشهر تهران در سال 1392 با وسعت حدود 8/22 کیلومتر مربع در برگیرنده 5 ناحیه شهری (نواحی 1، 2، 3، 4 و 5) است (شکل 1).
شکل 1: نقشه موقعيت محدوده مطالعاتی در كلان‌شهر تهران
در اين تحقيق در ابتدا سه سری عکس هوایی با مقياس 25٠٠٠:١ در سالهای 1334، 1368، 1379، چهار سری تصاویر ماهواره‌ای از سنجنده‌های ETM, MSS, TM از ماهواره لندست و سنجنده LISS, PAN از ماهواره IRS مربوط به سالهای 1367(1988)، 1379(2000) و 1385(2006) تهيه شد. سپس عکس‌هاي هوايي اسکن و با استفاده از نقاط کنترل زمینی تصحيح هندسي و در نهایت زمين مرجع گرديدند. به منظور حذف و به حداقل رساندن تاثیرات اتمسفر از قبیل وجود مه و گرد و غبار و سایر آلودگی‌هاي اتمسفري از روش Cost در نرم‌افزار PCI Geomatica استفاده شد.
پردازش تصاویر ماهواره‌اي بر اساس میزان بازتاب‌هاي طیفی هر پیکسل بوده به این صورت که هر عارضه داراي بازتاب خاصی است که از این طریق توسط الگوریتم‌هاي موجود طبقه‌بندي می‌گردد. در این بررسی از بسط خطي تباين براي بارزسازي تصاوير موجود استفاده شد. براي ساختن بهترين تصاوير رنگي کاذب از شاخص 1OIF جهت شناسايي مناسبترين باندها با حداقل همبستگي و حداکثر واريانس در نرم افزار ENVI بهره گرفته شد. همچنین جهت طبقه‌بندي تصاوير نیز از روش هيبريد که تلفيقي از طبقه‌بندي نظارت‌شده2 و نظارت‌نشده3 است، استفاده گرديد. در ابتدا طبقه‌بندي نظارت‌نشده جهت ایجاد شناخت کلی کلاس‌هاي پوشش زمین و همچنين به عنوان یک ابزار کمکی جهت تعیین نمونه‌هاي تعلیمی4 اجرا شد. سپس بر اساس نتایج حاصل از طبقه‌بندي نظارت‌نشده و نیز انجام نمونه‌برداري‌هاي میدانی و کاربرد GPS و همچنین استفاده از تصاویر ماهواره‌اي كوييك‌برد5 بزرگ مقياس قابل دسترس توسط نرم‌افزار تحت وب گوگل ارث، اقدام به تعیین نمونه‌هاي تعليمي براي کلاس‌های مورد انتظار گردید به طوري که حداقل 5 نمونه تعلیمی با مساحت بالاي 10 هکتار براي هر کلاس تعیین گردید که پس از اجراي مراحل آماري مختلف وارد محیط نرم‌افزار شدند. در نهایت در آخرین گام اقدام به اجراي طبقه‌بندي نظارت شده به روش حداكثر احتمال6 به طور جداگانه براي هر تصویر گردید و نقشه کاربري اراضی اولیه براي هر تصویر استخراج گردید.
پس از پایان مراحل طبقه‌بندي تصاویر، تعیین دقت مربوط به هر تصویر با استفاده از تعیین حدود 200 نقطه به صورت نمونه‌گیري لایه‌اي تصادفی7 و کاربرد تصاویر بزرگ مقیاس ماهواره كوييك‌برد قابل دسترس توسط نرم‌افزار تحت وب گوگل ارث و همچنین کاربرد GPS در مطالعات میدانی محاسبه شده و ماتریس دقت براي هر تصویر تشکیل گردید. در آخرین مرحله لایه‌هاي کاربري اراضی تهیه شده از تصاویر ماهواره‌اي مربوطه با استفاده از تابع RESAMPLE از نظر اندازه پيكسل همه به ابعاد 30 متر تبديل شد.
بعد از حصول اطمينان از دقت قابل قبول تصاویر نهایی کاربري اراضی، لایه‌هاي کاربري اراضی تهیه شده به صورت ماتریسی و دو به دو در محیط نرم‌افزار ادريسي با استفاده از روش Cross Tabulation مورد مقايسه قرار گرفته و جداول و نقشه‌هاي تغییرات کاربري اراضی استخراج گردیدند. بدين منظور، با مقايسه نقشه کاربری اراضي هر سال با نقشه کاربری اراضي سال بعد ماتريس تغييرات تهيه شد. در اين مرحله ابتدا تصویر کاربری اراضی سال 1988 با تصویر کاربری اراضی سال 2000 مقايسه و نقشه تغييرات کاربری اراضي براي دوره زماني ١2 ساله توليد شد. سپس نقشه تغييرات سالهاي 2000 و 2006 در بازه زماني 6 ساله و در نهايت نقشه تغييرات بين سالهاي 1988 و 2006 در دوره زماني 18 ساله تهيه گرديد.
به منظور تعیین میزان خسارات زیست محیطی ناشی از تغییر غیراصولی کاربري طبیعی اراضی در دوره زمانی مورد بررسی، از روش تحلیل سلسله مراتبی8 (AHP) استفاده گردید. اين روش اولين بار در دهه 1970 ارائه شد و يكي از معروفترين فنون تصميم‌گيري چند منظوره است. اساس اين روش تحلیل سلسله مراتبی با تصميم‌گيري بر مقايسات زوجي است. اين مقايسات وزن هر يك از فاكتورها را در راستاي گزينه‌هاي رقيب مورد ارزيابي در تصميم‌گيري نشان مي‌دهد. در این مطالعه ابتدا 6 لایه کاربری در قالب پرسشنامه‌اي به منظور مقايسه دو به دو، در اختیار 19 نفر از کارشناسان و اساتید متخصص در مباحث تنوع‌زیستی و آلودگی‌هاي محیط‌زیست قرار داده شد و از آنها خواسته شد تا در مقایسه هر یک از لایه‌های کاربری با یکدیگر از دامنه اعداد 1 (کمترین ارجعیت) تا 9 (بیشترین ارجعیت) استفاده کنند. جدول (1) نحوه امتیازدهی لایه‌های کاربری در ماتریس مقایسه زوجی را نشان میدهد. در ادامه نظرات کارشناسان گردآوری و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت و میانگین نظرات کارشناسان مبنای قضاوت در این مطالعه قرار گرفت. در نهایت وزن اولیه هر يك از لایه‌های کاربری و همچنين ضريب ناسازگاري9 قضاوت‌ها با استفاده از نرم‌افزار اكسپرت چويس10 محاسبه شد. به این ترتیب چنانچه مقدار نرخ ناسازگاري ماتریس‌ها كوچكتر از 1/0 باشد، در اين صورت سازگاري سيستم قابل قبول است. در غير اين صورت بايد در مواردي كه ناسازگاري شديد است در قضاوت‌ها تجديدنظر نمود (Malczewski, 1999). در گام آخر از ضرب وزن اولیه (ضریب خسارت) هر یک از لایه‌های کاربری در مقدار مساحت تغییر کاربری طی دوره 18 ساله (85-1367)، وزن نهایی (شدت خسارت) و اهمیت هر یک از لایه‌های کاربری به دست آمد.
[1] - Optimal Index Factor
[2] -Supervised Classification
[3] - Unsupervised Classification
[4] -Training Samples
[5] - Quickbird
[6] -Maximum Likelihood
[7] - Stratified Random
[8] -Analytic Hierarchy Process
[9] -Consistency Ratio
[10] -Expert Choice
جدول 1: نحوه امتیازدهی لایه‌های کاربری در ماتریس مقایسه زوجی
ارزش نظری بر مبنای مقایسه بین دو معیار | ارزش عددی معادل ارزش نظری | |
دارای ارزش یکسان و برابر | Equal Preference | 1 |
ارزش یکی نسبت به دیگری کمی بیشتر است | Weak Preference | 3 |
ارزش یکی نسبت به دیگری بیشتر است | Strong Preference | 5 |
ارزش یکی نسبت به دیگری مسلما بیشتر است | Demonstrated Preference | 7 |
ارزش یکی نسبت به دیگری مطلقا بیشتر است | Absolute Preference | 9 |
ارزش‌های بینابین | Intermediate Values | 2، 4، 6، 8 |
3- یافته‌های تحقیق
پس از اجراي مراحل مختلف پردازش داده‌هاي ماهواره‌اي، نقشه‌هاي کاربري اراضی در دوره‌هاي زمانی مورد بررسی در 4 طبقه اراضی شهری و مسکونی، زمین‌های کشاورزی، اراضی طبیعی و فضای سبز و زمین‌های بایر استخراج شد (شکل 2). مساحت کلاس‌هاي تعیین شده در نقشه‌هاي کاربري اراضی شهر ری مربوط به سالهاي 1367 (1988)، 1379 (2000)، 1385(2006) در شکل (3) ارائه شده است.
سال 1367 (1988) |
سال 1379 (2000) |
سال 1385 (2006) |
|
شکل2: نقشه کاربری اراضی شهر ری در دوره‌هاي مختلف
شکل 3: نمودار مساحت كلاس‌هاي كاربري اراضی شهر ری در سالهای مختلف به هکتار
همان طور كه در شکل (3) نشان داده شده است سطح اراضي ساخته شده شهري در طي سالهاي 1367 تا 1385 به میزان 7/369 هکتار (7/26 %) رشد داشته است و از 8/1383 هكتار به 5/1753 هكتار رسيده است. همچنین طی این دوره مساحت کاربری فضای سبز شهری نیز با 6/55 هکتار افزایش (3/106%) مواجه بوده و از میزان 3/52 هکتار در سال 1367 به میزان 9/107 هکتار در سال 1385 رسیده است. این در حالی است که طی دوره مورد مطالعه کاربری‌های کشاورزی و اراضی بایر روند کاهشی را داشته و به ترتیب 8/213 و 5/211 هکتار (6/45% و 6/55%) کاهش را نسبت به سال 1367 نشان دادند.
پس از تهیه نقشه‌هاي کاربري اراضی مربوط به دوره‌هاي زمانی مورد بررسی، این نقشه‌ها به صورت دو به دو با استفاده از تابع Cross Tabulation مورد بررسی قرار گرفت. شکل (4) تغییرات کاربری اراضی را در محدوده مطالعاتی طی سالهای 1367 تا 1385 نشان میدهد.
مطابق نتایج به دست آمده کاربری‌های اراضي ساخته شده شهري و فضای سبز شهری روند رو به رشد داشته و کاربری‌های کشاورزی و زمین‌های بایر با گذشت زمان روند کاهشی را نشان داده‌اند. از این رو در ادامه میزان تغییر کاربری‌های مختلف به اراضي ساخته شده شهري و فضای سبز شهری مورد توجه قرار گرفته و نتایج به ترتیب در جداول (2) و (3) ارائه شده است.
سال 1367 (1988) |
سال 1379 (2000) |
سال 1385 (2006) |
|
شکل 4: نقشه تغییرات کاربری اراضی در بازه زمانی 85-1367
جدول 2: میزان تبدیل کاربری‌های مختلف به اراضی شهری و مسکونی در دوره‌هاي مختلف به هكتار
نوع كاربري اراضي | دوره 79-1367 (2000-1988) | دوره 85-1379 (2006-2000) | دوره 85-1367 (2006-1988) |
زمین‌های کشاورزی | 9/44 | 8/66 | 7/111 |
فضای سبز شهری و پوشش طبيعي | 9/29 | 5/57 | 4/87 |
زمین‌های بایر | 2/82 | 4/88 | 6/170 |
مجموع پوشش از دست رفته | 157 | 7/212 | 7/369 |
مطابق جدول (2) بیشترین میزان تغییر طی سالهاي 1367 تا 1385، مربوط به تغییر کاربری‌های مختلف به کاربری اراضی ساخته شده شهری با 7/369 هکتار است که از این میزان 6/170 هکتار مربوط به تغییر کاربری زمین‌های بایر به اراضی مسکونی است. همچنین میزان تغییر کاربری‌های زمین‌های کشاورزی و فضای سبز و اراضی دارای پوشش طبیعی به ترتیب برابر 7/111 و 4/87 هکتار است. نتایج مبين این واقعیت است که رشد مناطق مسکونی طی دوره 6 ساله 1379 تا 1385 در مجموع با 7/212 هکتار از سرعت بیشتری نسبت به دوره 12 ساله 1367 تا 1379 با 157 هکتار تغییر برخوردار بوده است.
جدول 3: میزان تبدیل کاربری‌های مختلف به فضای سبز شهری در دوره‌هاي مختلف به هكتار
نوع كاربري اراضي | دوره 79-1367 (2000-1988) | دوره 85-1379 (2006-200) | دوره 85-1367 (2006-1988) |
اراضی ساخته شده شهری | 1/2 | 6/2 | 7/4 |
زمین‌های کشاورزی | 7/6 | 7/11 | 4/18 |
زمین‌های بایر | 6/9 | 9/22 | 5/32 |
مجموع پوشش از دست‌رفته | 4/17 | 2/38 | 6/55 |
مطابق جدول (3) بیشترین میزان تغییر کاربری‌های مختلف به کاربری فضای سبز شهری طی سالهاي 1367 تا 1385، مربوط به تغییر کاربری زمین‌های بایر با 5/32 هکتار و زمین‌های کشاورزی با 4/18 هکتار است. طی این دوره میزان تغییر کاربری اراضی ساخته شده شهری به فضای سبز ناچیز بوده و برابر 7/4 هکتار است. همچنین نتایج نشان دهنده این واقعیت است که رشد فضای سبز شهری طی دوره 6 ساله 1379 تا 1385 در مجموع با 2/38 هکتار از سرعت بیشتری نسبت به دوره 12 ساله 1367 تا 1379 با 4/17 هکتار تغییر برخوردار بوده است. در این مطالعه از میانگین قضاوت کارشناسان مختلف در نرم افزار اكسپرت چويس جهت تعیین وزن اولیه هر یک از لایه‌های کاربری استفاده شده است. ضمن اینکه ضریب ناسازگاری این قضاوت‌ها نیز برابر 08/0 به دست آمد که بیانگر قابل قبول بودن سازگاري قضاوت‌ها است. جدول (4) میانگین قضاوت کارشناسان مختلف به همراه وزن نهایی به دست آمده از نرم‌افزار اكسپرت چويس ارائه شده است.
جدول 4: میانگین قضاوت کارشناسان مختلف به همراه وزن نهایی به دست آمده از نرم افزار اكسپرت چويس
وزن اولیه مستخرج از | زمین بایر به فضای‌سبز شهری | زمین کشاورزی به فضای‌سبز شهری | اراضی شهری به فضای‌سبز شهری | فضای‌سبز شهری به اراضی شهری | زمین بایر به اراضی شهری | زمین کشاورزی به اراضی شهری | لایه‌های کاربری |
38/0 | 7 | 5 | 7 | 5 | 2 | 1 | زمین کشاورزی به اراضی شهری |
25/0 | 6 | 2 | 6 | 5 | 1 | 2/1 | زمین بایر به اراضی شهری |
17/0 | 3 | 6 | 8 | 1 | 5/1 | 5/1 | فضای‌سبز شهری به اراضی شهری |
04/0 | 3/1 | 3/1 | 1 | 8/1 | 6/1 | 7/1 | اراضی شهری به فضای‌سبز شهری |
11/0 | 5 | 1 | 3 | 6/1 | 2/1 | 5/1 | زمین کشاورزی به فضای‌سبز شهری |
05/0 | 1 | 5/1 | 3 | 3/1 | 6/1 | 7/1 | زمین بایر به فضای‌سبز شهری |
مطابق جدول (4)، لایه تغییر کاربری زمین‌های کشاورزی به اراضی ساخته شده شهری با وزن اولیه (ضریب خسارت) 38/0 بیشترین اهمیت را در بروز خسارات زیست‌محیطی در منطقه مطالعاتی برعهده دارد و بعد از آن لایه‌های تغییر کاربری زمین‌های بایر و تغییر کاربری فضای سبز شهری به اراضی ساخته شده شهری به ترتیب با 25/0 و 17/0 از اهمیت کمتری برخوردارند. قابل ذکر است که ضریب خسارت هر یک از لایه‌های کاربری به تنهایی نمی‌تواند نشان دهنده میزان اهمیت هر یک از لایه‌های کاربری در بروز خسارات زیست محیطی منطقه باشد. از این رو نیاز است تا شدت خسارت (وزن نهایی) هر یک از لایه‌های کاربری با ضرب وزن اولیه هر کاربری در مقدار مساحت تغییر کاربری طی دوره 18 ساله (85-1367)، به دست آید. در جدول (5) شدت نهایی خسارت هر یک از لایه‌های کاربری ارائه شده است.
جدول 5: برآورد خسارت حاصل از توسعه شهری بر کاربری اراضی طی دوره 85-1367
لایه‌های کاربری | وزن اولیه | میزان تغییر کاربری به هکتار | وزن نهایی | رتبه‌بندی |
زمین کشاورزی به اراضی شهری | 38/0 | 7/111 | 44/42 | 2 |
زمین بایر به اراضی شهری | 25/0 | 6/170 | 65/42 | 1 |
فضای‌سبز شهری به اراضی شهری | 17/0 | 4/87 | 85/14 | 3 |
اراضی شهری به فضای‌سبز شهری | 04/0 | 7/4 | 18/0 | 6 |
زمین کشاورزی به فضای‌سبز شهری | 11/0 | 4/18 | 02/2 | 4 |
زمین بایر به فضای‌سبز شهری | 05/0 | 5/32 | 62/1 | 5 |
مطابق جدول (5)، تغییر کاربری زمین‌های بایر به اراضی ساخته شده شهری علی‌رغم دارا بودن ضریب خسارت کمتر (25/0) نسبت به ضریب خسارت لایه تغییر کاربری زمین کشاورزی به اراضی ساخته شده (38/0)، از شدت خسارت بالاتری برخوردار بوده و می‌توان دلیل آن را مساحت بیشتر تغییر کاربری نسبت به کاربری کشاورزی و حتی سایر طبقات کاربری عنوان كرد. پس از این لایه، لایه‌های تغییر کاربری زمین کشاورزی و فضای سبز شهری به اراضی ساخته شده شهری از شدت خسارت بالایی برخوردار هستند.
4- بحث و نتیجه‌گیری
در این تحقیق مطالعه روند تغییرات کاربري اراضی با مقایسه تصاویر ماهواره‌اي سه دوره سالهای 1367(1988)، 1379(2000) و 1385(2006) نشان دهنده تغییرات زیادي در کاربري اراضی محدوده شهر ری است. گسترش نواحی شهری طی دو دهه گدشته به طور کلی پدیده‌ای است که در مطالعات زیادی به آن اشاره شده است (Pirnazar et al, 2018: 2; ؛ Garouan et al, 2017:1). در این مدت تغییرات کاربري زیادی در محدوده مطالعاتی روي داده است که بیشترین تغییر مربوط به تغییر در کاربري اراضی ساخته شده به میزان 7/369 هکتار است بطوری که از 8/1383 هکتار در سال 1367 به 5/1753 هکتار در سال 1385 افزایش داشته است که این خود گویاي نقش تحولات جمعیتی و به تبع آن نیاز به مسکن و سایر کاربري‌هاي مورد نیاز شهري، در تغییر سایر کاربري‌ها به اراضی ساخته شده شهري است. به دنبال افزایش مناطق مسکونی در محدوده مطالعاتی و نیاز به ایجاد فضای سبز شهری، طی دوره مورد بررسی کاربری فضای سبز شهری نیز در مجموع 6/55 هکتار رشد داشته است و از 3/52 هکتار در ابتدای دوره به 9/107 هکتار در انتهای دوره رسیده است. علی‌رغم افزایش جمعیت طی سالهای 1367 تا 1385 در محدوده مطالعاتی و نیاز به زمین‌های کشاورزی بیشتر جهت تولید غذای بیشتر، نتایج نشان می‌دهند که کاربری‌های کشاورزی و زمین‌های بایر روند کاهشی را طی دوره مذکور پیش رو داشته‌اند، بطوری که زمین‌های کشاورزی از 3/469 هکتار به 5/255 هکتار و زمین‌های بایر از 4/380 هکتار به 9/168 هکتار کاهش یافته‌اند. نتایج مطالعات صورت‌گرفته در شهرهای شمال اتیوپی و همچنین شهر قم در کشور ایران نشان داده است که در گسترش شهرها، بیشتر کاربری کشاورزی تحت تأثیر قرار گرفته و از مساحت آنها به نفع فضای شهری کاسته می‌شود (Fenta et al, 2017: 11-12؛ Halefom et al, 2018: 6-7؛ Mohammadian Mosammam et al, 2016: 7)، این در حالی است که با افزایش جمعیت شهرها نیاز به محصولات کشاورزری بیش از پیش خواهد بود. بیشترین تغییر کاربری زمین‌های بایر و کشاورزی طی دوره 18 ساله مطالعاتی به اراضی ساخته شده شهری بوده است. دلیل این امر را می‌توان ناشی از قیمت پائین زمین‌های بایر در مجاورت اراضی ساخته شده و کاهش رونق کشاورزی ناشی از کاهش منابع آبی منطقه در کنار افزایش جمعیت و نیاز به مسکن و امکانات شهری دانست. پاربو و دار (2018) نیز در مطالعه خود در تامیل نادو هند بیان کردند که افزایش نیاز به ساخت‌وساز در نواحی شهری و کاهش قیمت اراضی کشاورزی و افزایش قیمت اراضی شهری باعث شده است تا منطقه شهری مورد مطالعه از افزایش بالایی برخوردار شود. از بين اراضي زراعي شهر ری، اراضي واقع در حاشيه جنوبي و شمال بافت شهر بيشترين تغييرات کاربري را داشته است، بطوريکه در سال 1367 اين زمين‌ها تماما زير کشت محصول بوده و کاربري باغ و يا کشاورزي داشته و امروزه جزء اصلي بافت شهري را تشکيل مي‌دهند. از دلايل گسترش شهر در اين مناطق مي‌توان به توسعه شبکه راه‌ها، تاسيس کارخانجات متعدد صنعتي، ايجاد مراکز علمي مانند دانشگا‌ه‌ها و مدارس مختلف، ادارات متعدد، احداث شهرک‌هاي مسکوني اشاره نمود. بر اساس فرآيند برنامه‌ريزي، کاربري زمين شهري بايد در چارچوبي فراهم گردد که بر پايه آن از استفاده نامناسب از زمين جلوگيري به عمل آيد و در عين حال اهداف اقتصادي، اجتماعي، محدوديت‌هاي فيزيکي و سياست‌هاي زيست محيطي رعايت شود و در آن اصل حفاظت از اراضي رعايت گردد. اين اصل بر جلوگيري از تخريب زمين، برقراري ارتباط و پيوند ميان شهر و طبيعت، حفظ منابع پايدار و تجديد‌ناپذير، حفظ مواريث تاريخي و فرهنگي، حفظ فضاهاي سبز و مکانيابي بهينه کاربري‌ها تاکيد دارد که در خصوص توسعه شهر ری اين اصل رعايت نشده و گسترش اين منطقه بيشتر بر روي زمين‌هاي کشاورزي و باغات بوده است که در رديف منابع طبيعي پايدار قرار دارند. این در حالي است که بر اساس اصول آمايش سرزمين، اراضي درجه ۱و2 کشاورزي در فرآيند توسعه نبايد به کاربري ديگري اختصاص يابند و بنابراين توسعه فيزیکي انجام شده در اين شهر با اصول آمايش سرزمين، برنامه‌ريزي شهري و توسعه پايدار در تضاد است و به نظر می‌رسد اين روند در آينده نیز همچنان ادامه داشته باشد. با توجه به اينکه اراضي کشاورزي و باغات جزء سرمايه ملي کشور به شمار می‌روند و حاصل کار سالها تلاش و کوشش بشر مي‌باشند بايد در حفظ آنها کوشيد و از تبديل آنها به زمين‌هاي مسکوني و صنعتي جلوگيري کرد و ساخت و سازها و تمرکز جمعيت را تا حد امکان در زمين‌هاي غير کشاورزي و باغات قرار داد.با توجه به پیش بینی انجام شده در این مقاله، در صورت عدم برنامه‌ریزي مناسب با توجه با اراضی مساعد جهت گسترش فیزیکی در پیرامون این منطقه، در آینده‌اي نه چندان دور، شاهد از بین رفتن اراضی کشاورزي با وسعت بیشتر و تبدیل آنها به مناطق شهري و مسکونی خواهیم بود. بنابراین نتایج این مطالعه می‌تواند به عنوان هشداري براي برنامه‌ریزان شهري باشد که بتوانند با انجام برنامه‌ریزي‌هاي مناسبی از جمله سیاست‌هاي عمودي‌سازي از گسترش بی‌برنامه این منطقه جلوگیري نمایند.
منابع
Al-shalabi, M., Billa, L., Pradhan, B., Mansor, S., & Al-Sharif, A. A. (2013). Modelling urban growth evolution and land-use changes using GIS based cellular automata and SLEUTH models: the case of Sana’a metropolitan city, Yemen. Environmental earth sciences, 70(1), 425-437.
Billa, M. A. L. (2013). Modelling urban growth evolution and land-use changes using GIS based cellular automata and SLEUTH models: The case of Sana’ a metropolitan city, Yemen. Environmental Earth Sciences, 70(1), 425–437.
Bolca, M., Turkyilmaz, B., Kurucu, Y., Altinbas, U., Esetlili, M. T., & Gulgun, B. (2007). Determination of impact of urbanization on agricultural land and wetland land use in Balçovas’ Delta by remote sensing and GIS technique. Environmental monitoring and assessment, 131(1-3), 409-419.
Deng, J. S., Wang, K., Hong, Y., & Qi, J. G. (2009). Spatio-temporal dynamics and evolution of land use change and landscape pattern in response to rapid urbanization. Landscape and urban planning, 92(3-4), 187-198.
El Garouani, A., Mulla, D. J., El Garouani, S., & Knight, J. (2017). Analysis of urban growth and sprawl from remote sensing data: Case of Fez, Morocco. International Journal of Sustainable Built Environment, 6(1), 160-169.
Fenta, A. A., Yasuda, H., Haregeweyn, N., Belay, A. S., Hadush, Z., Gebremedhin, M. A., & Mekonnen, G. (2017). The dynamics of urban expansion and land use/land cover changes using remote sensing and spatial metrics: the case of Mekelle City of northern Ethiopia. International journal of remote sensing, 38(14), 4107-4129.
Halefom, A., Teshome, A., Sisay, E., & Ahmad, I. (2018). Dynamics of Land Use and Land Cover Change Using Remote Sensing and GIS: A Case Study of Debre Tabor Town, South Gondar, Ethiopia. Journal of Geographic Information System, 10(02), 165.
Kumar, S., & Khan, N. (2018). Application of remote sensing and GIS in land resource management. Journal of Geography and Cartography, 1(3), 1-4.
Masser, I. (2001). Managing our urban future: the role of remote sensing and geographic information systems. Habitat international, 25(4), 503-512.
Mosammam, H. M., Nia, J. T., Khani, H., Teymouri, A., & Kazemi, M. (2017). Monitoring land use change and measuring urban sprawl based on its spatial forms: The case of Qom city. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 20(1), 103-116.
Mundia, C. N., & Aniya, M. (2005). Analysis of land use/cover changes and urban expansion of Nairobi city using remote sensing and GIS. International journal of Remote sensing, 26(13), 2831-2849.
Pirnazar, M., Ostad-Ali-Askari, K., Eslamian, S., Singh, V., Dalezios, N., Ghane, M., & Qasemi, Z. (2018). Change Detection of Urban Land Use and Urban Expansion Using GIS and RS, Case Study: Zanjan Province, Iran. International Journal of Constructive Research in Civil Engineering, 4(10.20431), 2454-8693.
Prabu, P., & Dar, M. A. (2018). Land-use/cover change in Coimbatore urban area (Tamil Nadu, India)—a remote sensing and GIS-based study. Environmental monitoring and assessment, 190(8), 445.
Ramachandra, T., Bharath, H., & Sowmyashree, M. (2013). Analysis of spatial patterns of urbanisation using geoinformatics and spatial metrics. Theoretical and Empirical Researches in Urban Management, 8(4), 5-24.
Rawat, J. S., Biswas, V., & Kumar, M. (2013). Changes in land use/cover using geospatial techniques: a case study of Ramnagar town area, district Nainital, Uttarakhand, India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 16(1), 111-117.
Shaw, R., & Das, A. (2018). Identifying peri-urban growth in small and medium towns using GIS and remote sensing technique: A case study of English Bazar Urban Agglomeration, West Bengal, India. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science, 21(2), 159-172.
United Nations (2012) World urbanization prospects: the 2011 revision. Accessed on 25 July 2015 from http://esa.un.org/unpd/wup/index.htm.
United Nations (2015) World urbanization prospects: the 2014 revision. Highlights (ST/ESA/SER. A/352). Accessed on 28 Sept 2015 from http://esa.un.org/unpd/wup/Highlights/WUP2014- Highlights.pdf.
Weng, Q. (2001). A remote sensing? GIS evaluation of urban expansion and its impact on surface temperature in the Zhujiang Delta, China. International journal of remote sensing, 22(10), 1999-2014.