بررسي تغييرات كاربري اراضي و ارتباط آن با سطح آب‌هاي زيرزميني (مطالعه موردي: دشت اردبيل)

پيشينه و هدف آب هاي زيرزميني مهم ترين منبع آب شيرين جهان هستند. آب آشاميدني دو ميليارد نفر مستقيماً از آب هاي زيرزميني تأمين مي شود و براي آبياري بزرگ ترين بخش تهيه غذا در جهان استفاده مي شود. برداشت بي رويه مخازن آب زيرزميني موجب گرديده كه ميزان تغذيه آبخوان جواب گوي برداشت نبوده و سطح آب زيرزميني افت نمايد. افت سطح آب زيرزميني مشكلاتي همچون خشك شدن چاه‌هاي آب، كاهش دبي رودخانه و آب درياچه ها، تنزيل كيفيت آب، افزايش هزينه پمپاژ و استحصال آب و نشست زمين را به دنبال دارد. آگاهي از تغييرات تراز آب به منظور شناخت از وضعيت سفره‌هاي آب زيرزميني و مديريت بهينه آن ضرورت دارد. با ارزيابي نوسان سطح آب زيرزميني مي‌توان از آن در مديريت منابع آب استفاده نمود.  يكي از كاربردهاي عمده سنجش از دور كشف و تعيين تغييرات كاربري‌هاي اراضي است. با استفاده از سنجش از دور، امكان بررسي و شناسايي پديده‌هاي مختلفي وجود دارد. هدف از اين تحقيق بررسي تأثير كاربري هاي مختلف بر روي سطح تراز آب‌هاي زيرزميني با استفاده از روش هاي زمين آماري درونيابي و همچنين روش طبقه بندي شيءگرا براي استخراج نقشه كاربري اراضي مي باشد. مواد و روش  ها دشت اردبيل يك دشت ميان كوهي كه در شمال غرب ايران و در شرق فلات آذربايجان جاي گرفته است. اين دشت به وسعت 990 كيلومترمربع در بين ارتفاعات بلند اطرافش محصور شده است و از لحاظ تقسيمات سياسي شامل قسمت‌هايي از شهرستان هاي اردبيل و نمين مي شود. داده‌هاي مورد استفاده در اين تحقيق شامل، تصوير ماهواره لندست 8 كه از سنجنده OLI به منظور استخراج نقشه كاربري اراضي براي سال 1394 و همچنين از تصوير سنجنده TM لندست 5 به ‌منظور تهيه نقشه كاربري اراضي براي سال 1366 استفاده شد. در اين پژوهش از داده هاي عمق آب زيرزميني 43 حلقه چاه پيزومتر در سطح دشت اردبيل استفاده شد. مراحل انجام تحقيق بدين ترتيب بود كه پس از آماده سازي آمار چاه هاي پيزومتري جهت برطرف كردن نواقص موجود در داده هاي مطالعاتي از روش بازسازي داده‌ها استفاده گرديد. روش بازسازي استفاده شده كه صرفاً براي برطرف كردن نواقص در داده‌ها از روش ميانيابي در نرم‌افزار Neural Power (بر مبناي شبكه عصبي مصنوعي)، انجام گرفت. جهت نرمال سازي داده ها از تبديل‌هاي لگاريتمي در نرم افزار SPSS  استفاده  شد، و از نرم‌افزار+GS  براي تحليل هاي زمين آماري استفاده شد. به منظور تصحيحات جوي و راديومتريكي از نرم‌افزار ENVI و جهت استخراج نقشه  لايه ها از نرم‌افزار ArcGIS استفاده شد. نتايج و بحث بيشترين مساحت در سال 1366 متعلق به كلاس كشاورزي آبي با 51840 هكتار مساحت مي‌باشد. دومين مساحت مربوط به كلاس كشاورزي ديم مي‌باشد كه با 48790 هكتار بيشترين مساحت را دارا مي‌باشد. كمترين مساحت نيز متعلق به كاربري آب با 88.65 هكتار است. با نگاهي به كاربري‌هاي سال 1394 نتايج به دست آمده تفاوت‌هاي معني داري را نشان داد، به صورتي كه كاربري كشاورزي آبي با 10.17 هكتار افزايش نسبت به سال 1366 افزايش معني داري را داشته است. بعد از استخراج نقشه تغييرات كاربري اراضي به منظور انتخاب بهترين مدل درون يابي از بين مدل هاي مختلف، تمامي مدل ها مورد ارزيابي قرار گرفتند و تنها مدل هايي انتخاب شدند كه داراي دقت بيشتري نسبت به ساير مدل ها بودند. بيشترين ميانگين تراز آب در سال 1366 براي كاربري كشاورزي آبي ثبت شده است و كمترين ميانگين تراز آب نيز براي محدوده جنگل ثبت شده است. باملاحظه نقشه كاربري اراضي و نقشه تراز آب زيرزميني سال 1394 نيز، تحليل فوق ثابت مي‌شود و همانطور كه مشخص مي‌باشد بيشترين ميانگين تراز آب در اين سال نيز متعلق به كاربري كشاورزي آبي با 20.17 متر مي‌باشد و كمترين ميانگين تراز آب ثبت‌شده نيز مربوط به كاربري جنگل با 11.45 متر مي‌باشد. كه كاربري آب نسبت به سال 1366 داراي كاهش تراز سطح آب بوده است كه اين كاهش تراز آب باعث كاهش سطح آب سدها شده است و همچنين باعث كاهش حجم آب رودخانه‌ها بوده و حتي باعث خشك شدن چندين مورد از اين رودخانه‌ها گرديده است. بعد از كاربري آب، از جمله كاربري‌هاي جالب ‌توجه كه لازم به تحليل و علت جويي آن مي‌باشد، كاربري كشاورزي آبي است. اين كاربري در سال 1366 بيشترين افت تراز را دارا بوده است و در سال 1394 نيز با بيشترين افت تراز آب مواجه شده است. علت آن را مي‌توان در عامل برداشت بيش از حد از آب‌هاي زيرزميني براي محصولاتي آبي كه نياز بيشتري به آبياري دارند، دانست. باتوجه به اينكه محصولات ديمي محدوده مورد مطالعه اغلب گندم بوده و نيازي به آب ندارند يا نياز كمتري دارند ولي ميزان تراز آب زيرزميني سال 1394 نسبت به سال 1366 با افت قابل‌توجهي همراه بوده است. كاربري مرتع نيز در سال 1394 نسبت به سال 1366 افت چشمگيري داشته كه اين امر نشان‌دهنده وضعيت بحراني آب‌هاي زيرزميني و استفاده بيش از حد از اين منابع مي باشد. نتيجه گيري در اين پژوهش به منظور طبقه ‌بندي و سپس بررسي تغييرات در بازه زماني مشخص اقدام به طبقه ‌بندي تصاوير از روش طبقه ‌بندي شيءگرا در نرم‌افزار eCognition و خروجي‌ها در نرم‌افزار ArcGIS استخراج شد. ارزيابي صحت طبقه‌بندي براي سال 1394 از دقت بسيار بالايي برخوردار مي‌باشد به طوري كه صحت كلي و ضريب كاپاي استخراج‌شده در بالاترين سطح ممكن يعني صحت كلي 100 درصد و ضريب كاپاي 0.99 و براي سال 1366 نيز با دقت كمتر استخراج شد و صحت كلي براي سال 1366، 98 درصد و ضريب كاپاي 0.95 انجام شد. بعد از استخراج نقشه تغييرات كاربري اراضي به منظور انتخاب بهترين مدل درون يابي از بين مدل هاي مختلف، تمامي مدل ها مورد ارزيابي قرار گرفتند كه با توجه به مقادير ME و RMSE روش كريجينگ از دقت بالاتري نسبت به ساير روش ها برخوردار است كه از بين حالت هاي مختلف روش كريجينگ نيز مدل گوسي داراي بيشترين دقت مي باشد. طبق نتايج به دست آمده بيشترين كاربري تغييريافته در اين محدوده، كاربري مرتع به كشاورزي آبي و كشاورزي ديم بوده است. اين تغيير نشان مي‌دهد كه افزايش كاربري كشاورزي آبي و كشاورزي ديم در اين محدوده با كاهش كاربري مرتع همراه بوده است كه نشان‌دهنده تخريب مراتع است. طبق نقشه تراز آب زيرزميني، بيشترين ميانگين تراز آب در سال 1366 براي كاربري كشاورزي آبي ثبت شده است و كمترين ميانگين تراز آب نيز براي محدوده جنگل ثبت شده است. همچنين، بيشترين ميانگين تراز آب در سال 1394 نيز متعلق به كاربري كشاورزي آبي با 20.17 متر مي‌باشد و كمترين ميانگين تراز آب ثبت‌ شده نيز مربوط به كاربري جنگل با 11.45 متر مي‌باشد. از جمله كاربري‌هاي جالب‌توجه كه لازم به تحليل و علت جويي آن مي‌باشد، كاربري كشاورزي آبي است. اين كاربري در سال 1366 بيشترين افت تراز را دارا بوده است و در سال 1394 نيز با بيشترين افت تراز آب مواجه شده است. علت آن را مي‌توان در عامل برداشت بيش از حد از آب‌هاي زيرزميني براي محصولاتي آبي كه نياز بيشتري به آبياري دارند، دانست. در مجموع تمامي كاربري ها در سال 1394 نسبت به سال 1366 با كاهش ميزان تراز آب مواجه بوده اند. در نتيجه تغييرات رخ داده موجب استفاده بيشتر كشاورزان از منابع آب زيرزميني شده كه افت سطح آب زيرزميني را طيدوره 28 ساله در منطقه مورد مطالعه را به دنبال داشته است. اين استفاده بيش از حد مجاز به اندازه اي بوده كه در طي دوره مذكور9.4 متراز سطح تراز ميانگين دشت كاسته شده است.