ارزیابی نقش سد سازی در توسعه کشاورزی با استفاده از سنجش از دور )مطالعه موردی سد گاوشان و سلیمان شاه(

Transcript

1 ارزیابی نقش سد سازی در توسعه کشاورزی با استفاده از سنجش از دور )مطالعه موردی سد گاوشان و سلیمان شاه( فرهاد جوان 2 محمد ملکی 1 مهدیس رحمتی 1 1 دانشجوی کارشناسی ارشد سنجش از دور و سیستم اطالعات جغرافیایی دانشگاه خوارزمی تهران 2 دانشجوی کارشناسی ارشد جغرافیا و برنامه ریزی روستایی دانشگاه خوارزمی تهران Malekimohamad14@gmail.com Mahdis.rahmati69@gmail.com Farhad.javan91@yahoo.com چکیده: ایران نیز همانند سایر کشورهای خشک و نیمه خشک جهان همواره با مشکل کم آبی روبه رو بوده است به همین دلیل ایران یکی از نخستین کشورها در مهار کردن آبهای سطحی و سدسازی بوده است. استفاده از آب جمع شده در پشت سد در بخش کشاورزی می تواند راهگشای اقتصاد روستایی باشد. در این تحقیق با استفاده از سنجش از دور تصاویر ماهواره لندست در دو دوره در سال های 0222 و 0202 یعنی در قبل و بعد از ایجاد سدهای سلیمان شاه و گاوشان پس از مراحل پیش پردازش از 8 شاخص پوشش گیاهی ARVI NDVI و PD 312 VNIR1 II TVI SAVI EVI استفاده شد. نتایج هر شاخص به سه دسته فقیر تا غنی تقسیم شد و با معادلش مقایسه شد که نتیجه همه شاخص ها نشان دهنده رشد پوشش گیاهی بود. و در تقسیم بندی طبقات فوق الذکر شاخص های پوشش گیاهی و VNIR1 NDVI بهتر از بقیه بودند. نتایج مطالعات نشان داد که احداث سد باعث توسعه کشاورزی منطقه و به تبع آن ماندگاری و پایداری سکونتگاه ها شده است. کلمات کلیدی: سد گاوشان توسعه کشاورزی سد سلیمان شاه شاخص پوشش گیاهی سنجش از دور نویسنده مسئول Malekimohamad14@gmail.com

2 مقدمه و طرح مسأله: مسئله تأمین غذایی به عنوان مهم ترین معیار تعیین کننده ی استقالل هر سرزمین دارای اهمیت قابل مالحظه ای در بین مجموعه اهداف اقتصادی کشورها بوده و دسترسی همه افراد به غذای کافی در همه زمانها را مد نظر قرار می دهد. دستیابی به این مهم از طریق افزایش کارایی و بهره وری بخش کشاورزی به عنوان یکی از تواناترین بخش های اقتصاد روستایی می تواند.ایفای نقش کند )شکوری 0281: 01(. بخش کشاورزی عالوه بر تضمین نیاز های مصرفی جمعیت ایجاد اشتغال افزایش درآمد و... نقش اساسی در اقتصاد خانوارهای روستایی دارد) یاسوری 0281: 7(. برخی از پدیده ها و عوارض سطح زمین نظیر پوشش گیاهی به علل مختلف در اثر عوامل طبیعی و یا انسانی به مرور زمان دچار تغییر شده که شرایط و عملکرد اکوسیستم را تحت تاثیر قرار می دهد. بنابراین نیاز به آشکار سازی پیش بینی و مراقبت چنین تغییراتی در یک اکوسیستم از اهمیت به سزایی برخوردار است. به عالوه کسب آگاهی و دانش در رابطه با پوشش گیاهی و سالمت آن در مدیریت خاکها نقش مهمی دارد. امروزه تولید یک نقشه پوشش گیاهی دقیق یکی از ابزار های مهم در برنا مه ریزی و توسعه به شمار می آید. به منظور بررسی و پایش پوشش گیاهی در مقیاس جهانی و ناحیه ای دسترسی به داده های به هنگام میدانی یا صحرایی معموال دشوار و محدود است. زیرا چنین داده هایی به صورت سنتی و قدیمی از مکان های کوچک و در فواصل زمانی متفاوت جمع آوری می شوند که از لحاظ نوع و درجه اعتبار با یکدیگر متفاوت می باشند( 2005 (Pettorelli et al. سنجش از دور تکنولوزی بسیار مفیدی است که می توان آن را برای به دست آوردن الیه های اطالعاتی از خاک و پوشش گیاهی به کار برد( 2004 al..(adamchuk et رشد فزاینده جمعیت در طی دهه های اخیر و به تبع آن نیاز به مواد غذایی و آب بشر را بر آن داشته است تا زمین های بیشتری را در جهت کشت و زرع و استفاده از آن تحت تسلط خود درآورد. بالطبع این زمینها نیاز به آب دارند که این امر بیشتر به وسیله کنترل آبهای جاری رودخانه ها با احداث سدها میسر سشد. سدهای بزرگ یکی از بزرگترین سازه های دست بشر هستند.احداث و آبگیری سد می تواند تأثیرات مختلفی را در اراضی باالدست و پایین دست آن ایجاد نماید که یکی از مهمترین این تأثیرات تغییرات پوشش اراضی به دنبال ایجاد سد می باشد)ون رمپی 0220(. جاللی و همکاران )0232( به مطالعه تغییرات پوشش گیاهی تحت نوسانات بارندگی در نواحی اسپی ابراهیم آباد یزد پرداختند. ثنایینژاد و همکاران) 0287 ( به مقایسه شاخص های پوشش گیاهی برای تغیرات پوشش گیاهی در منطقه نیشابور پرداختند. اکبرزاده و میر حاجی) 0281 ( تغییرات پوشش گیاهی را برحسب بارندگی را در مراتع استپی رودشور مطالعه کردند. بنابراین پژوهش حاضر بر آن است که با استفاده از شاخص های پوشش گیاهی سنجش از دور میزان اثرگذاری سد سازی را بر توسعه کشاورزی و بالطبع آن توسعه پایدار روستایی در محدوده مورد مطالعه مورد بررسی و ارزیابی قرار دهد. مواد و روش ها: منطقه مورد مطالعه:

3 حوضه تپه اسماعیل- امیر آباد بطور عمده در شهرستانهای سنقر)کرمانشاه( کامیاران)کردستان( و بطور جزئی در شهرستانهای سنندج و قروه)کردستان( و اسدآباد)همدان( امتداد یافته است. این حوضه دارای 0812 کیلومتر مربع مساحت و 078 روستای دارای سکنه و 00 روستا خالی از سکنه است.حوضه مورد مطالعه داری دو سد گاوشان و سلیمان شاه است. این منطقه در 21 و 11 دقیقه شمالی و 17 درجه و 00 دقیقه شرقی قرار دارد. سد مخزنی شهدا )سلیمانشاه( در 01 کیلومتری شهر سنقر بر روی رودخانه گاوه رود با حجم مخزن 10 میلیون متر مکعب احداث شده ودر سال 0281 افتتاح گردید و در مختصات شمالی شرقی قرار دارد. سد گاوشان در شهرستان کامیاران استان کردستان و در مختصات N, E قرار دارد فرآیند احداث این سد از اوایل سال 0333 شروع شد و در اوایل سال 0221 به پایان رسید. آب این سد از رودخانه گاوه رود تامین می شود و حجم آب سد در حدود 112 میلیون متر مکعب است. شکل )1(: منطقه مورد مطالعه روش شناسی: برای این تحقیق از تصاویر سنجنده ETM+ ماهواره لندست در تاریخ 20 جوالی 0222 و سنجنده OLI درتاریخ 00 جوالی 0202 در ساعت حدود 02:01 دقیقه صبح از منطقه برداشته شد و برای تهیه شاخص های پوشش گیاهی مراحل زیر انجام گردید. تحصیح هندسی:

4 برای تحصیح هندسی از نقشه توپوگرافی منطقه با مقیاس 0/12222 استفاده شد و نقاط ثابت مانند قله کوه ها به عنوان نقاط کنترل زمینی تحصیح اتمسفری: )GCP 2 ( انتخاب گردید. در این تحقیق از روش چاوز) 0331 ( به منظور تحصیح اتمسفری استفاده گردید. با استفاده از رابطه) 0 ( مقادیر ارزش- های طیفی هر باند( DN ) به تابش تبدیل گردید و سپس مقادیر تابش با استفاده از رابطه )0( به قابلیت انتشار)بازتابندگی( برای هر باند تبدیل گردید: Lλ = ((LMAX-LMAX)/250)+DN+LMIN) )1( که در آن P λ ="(πlλ)/ (ESUNλcosθdr)" =Lλ باند DN =ارزش عددی هر باند تشعشع طیفی باند موردنظر) -1 µm L MAX )wm -2 sr -1 = و L MIN =dr π=3.14 )0( = معکوس مربع نسبت فاصله زمین خورشید θ = میانگین تابش فرودی خورشید در باالی جو برای هر باند) 1- µm.)wm 2- sr 1- تشعشع طیفی حداکثر و حداقل در هر زاویه تابش خورشید ESUN λ شاخص های پوشش گیاهی: : این شاخص بر پایه ارتباط جذب انرژی در محدوده طیفی قرمز توسط کلروفیل و افزایش انعکاس در انرژی NDVI 3 مادون قرمز نزدیک برای پوشش گیاهی سالم استوار است. NDVI روشی برای تخمین اولیه محصوالت انواع بیومس است )1996 al. Lenney (.پایش et الگوی فنولوژی 1 )دوره رشد گیاهی( سطوح گیاهان زمین و بررسی طول فصل رشد و دوره خشکسالی را فرآهم می آورد )1994 Huetet (.این and Liu شاخص از رابطه )2( بدست می آید NDVI= (ρnir-ρred)/(ρnir+ρred) در این رابطهρNIR انعکاس درباند مادون قرمز نزدیک باند TMو" 1 " ρredانعکاس در باند قرمز باند TMمی 2 )3( باشد. 5 :SAVI این شاخص با معرفی یک فاکتور کالیبراسیون خاک )L( به معادله NDVI برای به حداقل رساندن اثرات خاک پس زمینه ناشی از فعل و انفعاالت طیفی خاک و گیاه ایجاد شده است )1994 al. Huetet (.این et شاخص از رابطه )1( محاسبه می شود. SAVI=((1+L)(ρNIR-ρRED))/((ρNIR+ρRED+L)) )1( L فاکتور کالیبراسیون خاک برابر 1/. است. 2 Ground Control Point 3 Normalized difference vegetation index 4 2 Monitoring phonological patterns 5 Soil Adjusted Vegetation Index

5 وP EVI 6 این الگوریتم برای مناطق با بیومس باال و بهبود نظارت بر پوشش گیاهی از طریق بهبود سیگنال پس زمینه تاج پوشش گیاهی و کاهش اثرات جوی بهبود یافته است می شود: EVI Huetet (.شاخص and Dusticc 1999( از رابطه )1( محاسبه EVI= G*(ρNIR-ρRED)" /"(L+ρNIR+C1ρRED-C2ρBLUE) )1( که در آن ρblue انعکاس باند آبی = 1 L C1=6 C2= 7.5 و = 2.5 G است. : بخاطر اینکه SAVI حساسیت ARVI 7 پایینی نرمال کردن رادیانس در باندهای آبی قرمز و مادون قرمز شاخص نسبت به اثر اتمسفری داشت کافمن و تانری در سال 0331 به وسیله ARVI را ارائه نمودند )جنسن 208:0222 (. ARVI = (Pnir-Pred)/ (Pnir+Pred) )1( به ترتیب بازتابندگی در باندهای مادون قرمز نزدیک و قرمز است. P rd از رابطه 5 به دست می P red nir آید: مقدار گاما تابع وزن است که وابسته به نوع ذرات ریز ملعق در هوا است)وقتی اطالعاتی از نوع ذرات معلق موجود نیست بهتر است مقدار گاما برابر 0 باشد(. red P و P blue به ترتیب قابلیت انعکاس باندهای قرمز و آبی هستند. : این شاخص برای اولین بار توسط هاردیسکی و همکاران ارائه شد این شاخص )شاخص مادون قرمز نزدیک( 8 II در تغییرات بیومس و استرس آب در گیاهان برای زمینهای مرطوب نسبت به NDVI حساسیت بیشتری دارد )جنسن 0222: II= (NIR-MidlR)/ (NIR+MidlR).)201 )7( : TVI 3 تبدیل نمودار NDVI این شاخص در سال 0371 توسط دیرینگ و همکاران ارائه شد و هدف از آن از بین بردن ارزشهای منفی و به یک توزیع نرمال است.)Mróz and Sobieraj( TVI= (MidlR-NIR)/ (MidlR+NIR) : VNIR1 10 این شاخص از رابطه زیربدست می آید. VNIR1=(NIR-Blue) /(NIR+Blue) : PD312 این شاخص از باند قرمز و آبی استفاده می کند و از رابطه زیر بدست می آید. )8( )3( PD312=(RED-Blue)/(RED+Blue) )02( نتایج: 6 Enhanced vegetation index 7 Atmospheric Resistance Vegetation Index 8 Inferad index 9 Transformed vegetation index 10 Contrast Reflectance in Visible and Near Inferared

6 شاخص ها یک ترکیب ریاضی از باندهای متعدد تصاویر ماهواره ای هستند که از اختالف معنی دار بازتابش پوشش گیاهی در طول موجهای آبی قرمز سبز مادون قرمز نزدیک ومادون قرمز میانی استفاده می کنند. این شاخص ها به صورت یک عملیات ریاضی ساده مانند جمع تفریق نسبت گیری و یا دیگر ترکیبات خطی هستند که ارزش هر پیکسل در باندهای مختلف را به یک شاخص عددی تغییر می دهند. بعد از اعمال 8 شاخص در دو دوره نتایج بصورت زیر بدست آمد: جدول شماره )1(: خالصه نتایج اعمال شاخص ها برای دوره مطالعاتی MIN MAX Mean Std NDVI 2000 NDVI 2013 EVI 2000 EVI 2013 infrared index(ii) 2000 Infrared index(ii) 2013 SAVI 2000 SAVI 2013 ARVI 2000 ARVI 2013 TVI 2000 TVI 2013 VNIR VNIR PD PD شکل) 2 (: نقشه پوشش گیاهی شاخص EVI برای قبل )سمت راست( و بعد از احداث سدها )سمت چپ(

7 شکل) 3 (: نقشه پوشش گیاهی شاخص SAVI برای قبل )سمت راست( و بعد از احداث سدها )سمت چپ( شکل) 4 (: نقشه پوشش گیاهی شاخص TVI برای قبل )سمت راست( و بعد از احداث سدها )سمت چپ( شکل) 5 (: نقشه پوشش گیاهی شاخص NDVI برای قبل )سمت راست( و بعد از احداث سدها )سمت چپ(

8 مقایسه نتایج: پس از اینکه شاخص های پوشش گیاهی بدست آمد از طریق فازی کردن ارزش ها بطوری که بیشترین ارش در هر تصویر تبدیل به یک گردد و کمترین ارزش صفر می شود و بقیه ارزش ها بین صفر تا یک قرار می گیرند و هر تصویر به سه طبقه)پوشش فقیر متوسط و غنی( تقسیم بندی شد. سپس نتایج طبقات که به صورت مساحت برحسب کیلومتر مربع محاسبه و برای دو دوره باهم مقایسه شد. مقایسه شاخص های پوشش گیاهی غنی متوسط فقیر ARVI 2000 ARVI 2013 TVI 2000 TVI 2013 VNIR VNIR PD PD مساحت برحسب کیلومتر مربع شکل) 6 (: مقایسه تغییرات مساحت طبقات پوشش گیاهی در شاخص های TVI, ARVI, PD312, VNIR1 برای دو دوره مورد نظر مقایسه شاخص های پوشش گیاهی پوشش غنی پوشش متوسط پوشش فقیر NDVI 2000 NDVI 2013 SAVI 2000 SAVI 2013 II 2000 II 2013 EVI 2000 EVI 2013 مساحت برحسب کیلومتر مربع شکل) 7 (: مقایسه تغییرات مساحت طبقات پوشش گیاهی در شاخص های SAVI, II, EVI, NDVI برای دو دوره مورد نظر

9 نتیجه گیری: سنجش از دور ابزاری قدرتمند برای پایش انواع تغییرات است و از این جهت که نسبت به سایر روش ها برای پایش تغییرات هم می تواند بسیار ارزانتر و هم سریعتر از سایر روش ها باشد نتایج بسیار قابل اعتمادتری را ارائه می دهد. پس از بدست آمدن نتایج و بررسی آنها مشخص گردید که همه شاخص ها دارای رشد در میانگین بودند. افزایش در میانگین ها کامال نشان دهنده افزایش پوشش گیاهی و توسعه کشاورزی است. پس از آنکه تصاویر در سه دسته)غنی-متوسط-فقیر( طبقه بندی شد هر شاخص مربوط به سال 0222 با معادل آن در سال 0202 مقایسه شد شاخص همه رشد داشته اند و TVI و ARVI VNIR1 و NDVI بیش از کمترین رشد را در تغییر مساحت بهبود یافته دشته اند. با این تفاسیر ایجاد سد در منطقه مورد مطالعه تاثیر مثبت بر پوشش گیاهی و کشاورزی داشته است.افزایش پوشش گیاهی نیز می تواند موجب توسعه صنعت دامداری شود که هم کشاورزی و هم دامداری هردو از جمله عوامل مهمی هستند که میتوانند توسعه پایدار روستاها را موجب گردند. گیرد. از آنجاییکه آب این سدها به وسیله سیستم لوله کشی برای مصارف کشاورزی به مناطق دیگر انتقال داده می شوند پیشنهاد می گردد که در تحقیقات بعدی هم تعداد شاخص ها اضافه شود و هم حوضه های پیرامون نیز مورد بررسی قرار منابع: 0.اکبرزاده مرتضی و تقی میرحاجی) 0281 (. تغییرات پوشش گیاهی تحت تاثیر باندگی در مراتع استپی رودشور. تحقیقات مرتع و بیابان. شماره 2 ص ثنایی نژاد سید حسین. آستارایی علیرضا. میرحسینی پریسا. کشاورزی عاطفه و مرجان قائمی )0287(. استفاده از تصاویر ماهواره ای برای مطالعات پوشش گیاهی) مقایسه شاخص های مختلف گیاهی - مطالعه موردی منطقه نیشابور(. پنجمین کنگره ملی مهندسی ماشین آالت کشاورزی و مکانیزاسیون مشهد 2. شکوری علی سیاستهای توسعه کشاورزی در ایران تهران : سمت عبدالهی جالل. ارزانی حسین و حسین نادری) 0232 (. بررسی تغییرات پوشش گیاهی تحت تاثیر نوسانات بارندگی در نواحی استپی منطقه ابراهیم آباد استان یزد. پژوهش های آبخیزداری شماره 32 ص یاسوری مجید مقدمه ای بر اقتصاد روستایی ( با تأکید بر بخش کشاورزی ) مشهد : انتشارات آستان قدس رضوی Adamchuk.V, Perk.R and Schepers.J.2004.Application of remote sensing in site- specific management. Institute of agriculture and natural resources. University of Nebraska Cooperative Extension Precision Agriculture EC Chavez, P.S., (1996). Image-Based Atmospheric Corrections Revisited and Improved Photogrammetric Engineering and Remote Sensing. 62, 9,

10 8. Huete, A., Justice, C., & Liu, H. (1994). Development of vegetation and soil indices for MODI- EOS. Remote Sensing of Environment, 49(3), Huete, A., Justice, C., & Van Leeuwen, W. (1999). MODIS vegetation index (MOD13). Algorithm theoretical basis document, 3, Jensen, john R. (2000). Introductory Digital Image Processing A Remote Sensing Perspective. Tree edition. University of South Carolina. 11. Lenney, M. P., Woodcock, C. E., Collins, J. B., & Hamdi, H. (1996). The status of agricultural lands in Egypt: the use of multitemporal NDVI features derived from Landsat TM. Remote Sensing of Environment, 56(1), Marek Mróz, Anna Sobieraj. (2004). COMPARISON OF SEVERAL VEGETATION INDICES CALCULATED ON THE BASIS OF A SEASONAL SPOT XS TIME SERIES, AND THEIR SUITABILITY FOR LAND COVER AND AGRICULTURAL CROP IDENTIFICATION. TECHNICAL SCIENCES, Abbrev. Techn. Sc., No 7, Y Pettorelli.N, Vik.J.O, Mysterud.A, Gaillard.J.M,.Tucker.C.J and Stenseth.N.C Using the satellite derived NDVI to assess ecological responses to environmental change.j.trends in ecology and evolution. Vol.20 No Van Rampaey, A.J., G.Govers. And C.Puttemans. (2002).Modeling land use changes and their impact on soil erosion and sediment supply to rivers