The Investigation of the Trend of Land Use Change in Ali Abad Horand Basin and Assessing its Impact on Water Use in Fruit Gardens During the Period of 1992-2017

Document Type : پژوهشی

Authors

1 Associate Professor, M.Ardabili University, Ardabil, Iran

2 PhD Student of Geomorphology, Mohaghegh Ardabili University, Iran

3 BA in Mathematics, East Azarbaijan Education,Tabriz, Iran

Abstract

Introduction     
Land-use studies, using remote sensing techniques, are vital tools for generating rational information for proper decision-making in natural resource management. (Habtamu Teka et al., 2017). Land-use change has the potential to affect land cover and vice versa. Land use change affects the biodiversity and aquatic ecosystems, and change in the watershed affects water quality, resulting in an increased runoff consumption, reduced land use, and evacuated groundwater. Therefore, land-use change information for water selection, planning, monitoring, and management is important in order to meet the change in land use due to the demand for human and welfare requirements without compromising the quality and quantity of water (Ang Kane Hawa, 2017).                                                                                  
Methodology
​​Case Study
The Aliabad watershed of Horand with the southwest-northeast trend is located at the geographical coordinates of the southeastern part of the eastern part of the eastern province of East Azarbaijan and the southeastern part of Horand. Including the Horand, Majidabad and Yali

 

Yurt mountains, the Eight Shrines, the Cay Thai Castle and Mount Everest, it covers an area of ​​165278 km2. The Ali Abad River is the main river of this basin, which performs the drainage system of the area and the Dojak and Horand Rivers are the most important branches that join this river.
Data and research method                                       
The data which was used in this study included Landsat images, which included TM and OLI sensors with track 168 and row 33, with a resolution of 30m between 1992 and 2017. To obtain the amount of water created by new gardens, a pure water irrigation project for Iranian crops, which has become a software called NETWAT was used. Landsat images in the pre-processing stage were used for the atmospheric and radiometric FLAASH corrections. The strongest method of atmospheric correction, and rescale operations were performed on corrected images to ensure accurate numerical calculations. Meanwhile, in the 2017 image, to increase the accuracy of the classification, the method of fusion of multinuclear images with a pancreatic image was made and the spatial resolution up to 15m improved. The processing of images to detect and determine the type of land use in two time intervals was done through supervised classification methods. Of four types of classification, the Maximom likelhood method was chosen due to a better processing and the absence of unknown pixels. Finally, the layer Land use in twelve classes was selected by selecting the number of educational specimens including the first class forests (4181 pixels), second class forests (3958 pixels), garden lands (2665 pixels), first class rangeland (32704 pixels), rangeland grade (30837 pixels), agriculture (7544 pixels), residential land (1911 pixels), shore lands (3257 pixels), blueberries (167 pixels), Bayer lands (2332 pixels), blue areas (131 pixels) and river beds (800 pixels).
In addition to the necessity of using large-scale images, field observations and the use of lateral information were necessary to identify some activities at different levels of the earth (Zebiri, 92).

 

 Therefore, field observations were also needed to enhance the accuracy of the user classification. To analyze the data, ArcGIS, ENVI were used. After the processing and evaluating the accuracy of the images and examining the results of the classification, there were several ways for assessing the accuracy of the classification. The most common way was the selection of a number of pixels of the specified sample and comparing them with the classification that made these data. The ground truths were called reference data (Alawi Panah, 91: 159-152). The net irrigation project of Iran's products was from the National Project Plan (TOTEK). An optimization of the national consumption of Iranian agricultural water was carried out by the Meteorological Organization of the country and the Ministry of Jihad-e-Agriculture in collaboration with Dr. Amin Alizadeh and his research team. In order to estimate the water consumption of the basin in gardening affairs, based on the method of work, this functionality was constructed using the FAO-Penman-Monteith function and based on this function, the annual consumption of trees was calculated. Finally, the consumption of each tree was estimated as the average annual consumption.                                                      
Results
The verification of the accuracy and results of the classification of images by the Kappa coefficient were performed and the obtained coefficient with the acceptable status showed that the classification of the images was done satisfactorily and the images could be cited for the continuation of the research.
In land use maps of the AliAbad River watershed, in each of the periods of 1992 and 2017, the lands were divided into 12 classes. Based on the comparison made between the two maps, land use changes in each of the 12 classes were presented. Based on the results of two time intervals in the Aliabad Chay catchment area, it was determined that the area of ​​the cultivated lands increased by about 5.51 km2 (Table 1). In the field studies, it was concluded that the irrigation Garden lands were built on the basis of ribs by the city's people on the upstream gardens until 1992. The Pearson parametric test showed that there was a significantly positive and strong correlation between the increase in the area of ​​the gardens and the increase in the depth of the wells (0.935). It should be noted that by increasing the area of ​​gardens in the land use, the depth of the wells was increased for the extraction of water from the basin.   However, the correlation between rainfall changes and depth of wells (Basin flood) was negative (-0.580). The basis of the net irrigation plan for irrigated crops in Iran, and using the produced function, the annual water demand of these products was calculated in terms of planting area (Table 1 and Table 2). 
(Table 1) Calculation of the water requirement of cultivated trees in the first six months with the NETWAT software





Tree type


April


May


June


spring season


July


August


September


summer season




Apple


8


44


91


143


151


138


103


392




Walnut


10


55


109


184


172


160


119


451




Apricot


13


52


86


151


122


117


53


292




Cherry


8


44


91


143


151


134


89


374




Average


39


115


377


621


596


549


364


1509





(Table 2) Calculation of the annual water requirement of cultivated trees with a built-in function





Tree type


Annual water requirement (cubic meter per sq. Km)




Apple


760000




Walnut


886900




Apricot


490000




Cherry


698000




Average consumption of trees


708725




Total consumption in newly built gardens is 5.15 square kilometers


3,649,934





 

 
Discussion and conclusion
The study area of this research is one of the important agricultural areas of East Azarbaijan Province, and the Ali Abad Chai River is considered as the only source of water supply in the region. The classification of land use in the region, especially the increase of basin gardens, which is the most important water user in the river, was done by Maximim Likelhood method.
The Pearson's parametric test was used in the SPSS software to prove that the basin's decline was caused by variation in the gardens, and the 25 year rainfall variations in the basin and the changes in the gardens were investigated with regard to the depth of the wells. There is was significant relationship between rainfall variations in the basin and the decline of the basin, but there was a significant difference between the changes in the use of gardens and the decline of the basin, and there was a very strong and positive correlation between these two variables. Therefore, it should be acknowledged that in the Aliabad watershed, if the irrigation process of the gardens is not scientific and practical and the management of water storage is not done, the flow of the river in general is disturbed in these seasons. In the warm seasons, permanent changes in geomorphologic and ecological activities will be lost and the negative effects will be felt by the inhabitants of the region.

Highlights

-

Keywords

Full Text

مقدمه

مطالعات در زمینه­ ی استفاده از زمین با استفاده از تکنیک­ های سنجش از راه دور، یک ابزار حیاتی برای تولید اطلاعات عقلانی برای تصمیم­ گیری صحیح در مدیریت منابع طبیعی است. در مناطق گرمسیری، ثابت شده است که فعالیت­ های انسانی اصلی­ ترین عامل تغییر در زمین­ های مورد استفاده است. انسان عامل ایجاد فشارهای مستقیم یا غیرمستقیم بر زمین و تهدیدکننده ­ی مستمر منابع طبیعی در اراضی بوده و دخالت انسان تأثیر منفی بر امنیت معیشت افراد نیازمنـد به این اراضی را در پی دارد (هابتامو تکا و همکاران[1]، 2018: 10-1). تغییرات در کاربری و پوشش اراضی به دلیل فعالیت­ های انسان یا عوامل طبیعی می­تواند با استفاده از داده­ های سنجش­ از­دور حاضر یا بایگانی شده مشاهده شود (ژوو همکاران[2]، 2008: 23- 9). امروزه اکثر کشورهای در حال رشد و پیشرفته جهان از اطلاعات ماهواره­ای و سنجش از دور در مطالعات جنگل، مراتع، کاربری­ های اراضی و شناسایی محصولات کشاورزی و برآورد سطح زیر کشت آنها و مطالعه­ ی آب­ های سطحی و شبکه­ ی رودخانه­ ها استفاده می­ نمایند (زبیری، 1392: 269). تغییرات کاربری زمین توانایی تأثیرگذاری بر پوشش زمین و بالعکس را به صورت متقابل دارد؛ تغییرات کاربری اراضی بر تنوع زیستی و اکوسیستم­ های آبی تأثیر       می­گذارد و بنابراین تغییر در حوضه­ ی آبخیز بر کیفیت آب تأثیر می­گذارد و منجر به افزایش مصرف رواناب سطح، کاهش تخلیه آب­ های زیرزمینی می­شود؛ بنابراین اطلاعات تغییر کاربری اراضی در سطح آبریز برای انتخاب، برنامه­ ریزی، نظارت و مدیریت آب مهم است به گونه ­ای که تغییرات در استفاده از زمین به علت تقاضا برای نیازهای انسانی و رفاه را بدون به خطر انداختن کیفیت و کمیت آب برآورده کند (آنگ­کین هووا[3]، 2017: 12- 1).

موسوی و همکاران در سال 1394 تغییرات کاربری اراضی حوضه­ ی ابرکوه را با استفاده از روش تحلیلی مبتنی بر تلفیق آنالیز داده­ ها و تکنیک­ های دورسنجی و استفاده از تصاویر ماهواره­ای لندست با سنجنده­ های (MSS، +ETM، TM، (OLI مورد بررسی قرار داده و نتیجه گرفتند که در مجموع روند کلی تغییرات طبقات افزایشی به صورت صعودی بوده و بیشترین تغییرات کاربری از نوع مخرب و ویرانگر خواهد بود و از لحاظ فضایی منطبق بر محدوده­ ی اطراف مراکز تجمع انسانی از قبیل شهرهای ابرکوه و مهردشت می­باشد (موسوی، 1394: 146- 129). حاجی­ حسینی در سال 1394 تغییرات کاربری اراضی بر رواناب حوضه ­ی فرامرزی هلمند را در طی دوره ­های 1990تا 2012 میلادی با استفاده و بهره ­گیری از تصاویر ماهواره­ای لندست مربوط به سنجنده­ های (TM و +ETM) مورد مطالعه قرار داده و نتیجه گرفت که متوسط آورد سالیانه در شرایط اعمال تغییرات تدریجی کاربری اراضی مقدار 78/4 میلیارد را دارد(حاجی حسینی، 1394: 86- 73). کاظمی و بیات در سال 1395 اثرات تغییرات کاربری اراضی در حوضه آبریز طالقان بر شاخص­ های جریان کمینه را مورد بررسی قرار دادند و برای این کار از عکس­ های هوایی سال 1349 و تصاویر ماهواره­ای (TM و (ETM سال­ های 66 و 81 استفاده کرده و نتیجه گرفتند که انطباق روند افزایشی پوشش مرتعی در سال 81 نسبت به سال 49 با روند افزایش شاخص­ های کمینه، نشان­دهنده­ ی نقش مثبت افزایش کاربری مرتع در افزایش شاخص­ های کمینه می­باشد (کاظمی و بیات، 1396: 294- 287). آرزو ارنر و همکاران در سال 2012 تغییرات کاربری اراضی منطقه­ ی گویچک بی را با استفاده از تصاویر ماهواره­ای و سیستم اطلاعات جغرافیایی مورد مطالعه قرار دادند و برای این تحقیق از تصاویر ماهواره­ای (Quickbird) در بازه­های زمانی 2006 و 2009 و روش تجزیه و تحلیل طبقه­ بندی تحت نظارت بر روی داده­ های چند منظوره مورد استفاده قرار گرفت؛ نتایج این مطالعه نشان داد که منطقه­ ی مورد مطالعه در طول دوره­ی زمانی 2006 تا 2009 به طور قابل توجهی تغییر کرده است و شواهدی از گسترش شهری و از دست رفتن پوشش گیاهی دارد (آرزو ارنرو همکاران[4]، 2012: 389- 385). ماریان ویتک در سال2014 نظارت بر تغییر سطح زمین با استفاده از اطلاعات ماهواره­ای لندست (MSS/TM) در سراسر آفریقای غربی را با استفاده از یک نمونه منظم از تصاویر ماهواره­ ای، تغییرات پوشش زمین را که در سال­های 1975 تا 1990 در آفریقای غربی رخ داده است، بررسی نمود. نتایج تحقیق نشان داد که در طول سال­ های 1975 تا 1990 میزان تغییرات خالص سالیانه درخت چاه در حدود 95/0- درصد، در 37/0- درصد در سایر ارقام و در موزاییک پوشش گیاهی بسیار کم (05/0- درصد) تخمین زده شد (ماریان ویتک و همکاران[5]، 2014: 676- 568). آنگ­کین هووا[6] در سال 2017 تغییرات کاربری اراضی زمین­ های اطراف رودخانه­ ی مالاکا و تأثیر آن بر کیفیت آب رودخانه را با استفاده از تصاویر ماهواره­ای لندست 5 سنجنده TM برای سال­های 2001 و 2009 و لندست 8 برای سال 2015 با طبقه­ بندی نظارت شده (Maximum likelihood) مورد مطالعه قرار داد و بیان داشت که مناطق ساخته شده با 9 متغیر با کیفیت آب بیشترین میزان را در تغییر کیفیت آب دارد؛ پوشش گیاهی دومین مورد با 8 متغیر با کیفیت آب قابل توجه است و کمترین اهمیت فضای باز با تنها 4 متغیر کیفیت آب که منجر به (ANOVA) شده است(آنگ­کین هووا، 2017: 12- 1). هاپتوما تکاو همکاران[7] در سال 2018 تغییرات کاربری اراضی جنوب اتیوبی را به همراه ادراکات دامپروران آن منطقه بر پوشش گیاهی اراضی مورد مطالعه قرار دادند و برای این منظور از تصاویر ماهواره ­ای لندست در بازه­ ی زمانی 1973، 1986 و 2003 با سنجنده­ های ( TMو ETM) استفاده نمودند و نتیجه گرفتند که پوشش جنگلی مراتع (Borana) از 3/11 درصد در سال 1973 به 26/49 درصد در سال 2003 افزایش یافته است و بنابراین خشکسالی شدید، افزایش جمعیت و سیاست ضعیف دولت، از رانندگان اصلی تغییرات کاربری اراضی در منطقه­ ی مورد مطالعه می­باشد (هاپتوما تکا و همکاران، 2018: 11-1). با توجه به اینکه حوضه­ ی آبریز علی­ آباد مهم­ترین شبکه­ ی هیدرولوژی شهرستان هوراند می­باشد و در دهه­ های اخیر از بحران تغییرات مخرب کاربری اراضی در امان نبوده است، لزوم پایش، بارزسازی و روندیابی این تغییرات به عنوان یکی از مهمترین فاکتورهای مدیریت محیط در این منطقه مورد توجه می­باشد؛ بنابراین پژوهش حاضر سعی دارد، کشف و آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی این حوضه را در بازه­ ی زمانی 25 ساله بین سال­ های (2017- 1992) به منظور ارزیابی مسائل آبی آن از قبیل برآورد میزان آبی مورد استفاده در باغات حوضه و تأثیرات آن بر دبی رودخانه را با استفاده از داده ­های تصاویر ماهواره ­ای لندست 8 و 5 و سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) و با ارائه­ ی یک تابع ریاضی جدید جهت تحلیل آن مورد مطالعه قرار دهد.

مواد و روش­ ها

حوضه­ ی آبریز علی­ آباد هوراند با روند جنوب­ غربی- شمال­ شرقی در مختصات جغرافیایی ¢29 °47- ¢13 °47 طول شرقی و ¢54 °37- ¢42 °38 عرض شمالی در قسمت شمال شرقی استان آذربایجان­شرقی و بخش جنوب­ شرقی شهرستان هوراند قرار گرفته است و شامل دشت­ های هوراند، مجیدآباد و کوهستان یلی­یورت، هشت­سر، قیز قلعه­ سی­داغ و کوه­ های زنجیره­ای انگرد می­باشد و از لحاظ مساحت نیز حدود  165/278 کیلومتر­مربع را به خود اختصاص داده است. رود علی­ آباد مهم­ترین رود این حوضه می­باشد که سیستم زهکشی منطقه را انجام می­دهد و رود­های دوجاخ، هوراند و اینجار مهم­ترین شاخه­ هایی هستند که به این رود ملحق می­گردند (شکل1).

 

شکل(1) موقعیت جغرافیایی حوضه­ ی آبریز علی­ آباد­چای

داده­ های مورد اسـتفاده در این مطالعه عبارتند از تصاویر لندست که شامل سنجنده­ های TM)  و (OLI با مسیر 168 و ردیف33، با قدرت تفکیک مکانی 30 متر به ترتیب مربوط به سال­ های 1992و 2017 می­باشد و  برای به دست آوردن میزان آبی که توسط باغات تازه احداث شده در حوضه­ ی مصرف می­شد از طرح نیاز خالص آبیاری محصولات کشاورزی ایران که تبدیل به نرم­افزاری با نام NETWAT)) شده است استفاده شد؛ و جهت اثبات تأثیر تغییرات کاربری باغات بر کاهش دبی رودخانه و آب­ های زیرزمینی حوضه از آزمون آماری پارامتریک پیرسون با نرم­افزار SPSS)) استفاده شد.

جهت ارزیابی تصاویر لندست در مرحله­ ی پیش پردازش از تصحیحات اتمسفری و رادیومتریک (FLAASH) که قوی­ترین روش تصحیحات اتمسفری می­باشد، استفاده شد و برای اینکه در بحث محاسبات عددی دقت کافی حاصل شود، عملیات (RESCAAL) بر روی تصاویر تصحیح شده انجام یافت. ضمناً در تصویر سال 2017 برای افزایش دقت طبقه­ بندی، روش فیوژن­ سازی تصاویر مالتی­ اسپکچرال با تصویر پنکروماتیک انجام یافته و قدرت تفکیک مکانی به 15 متر ارتقا یافت. پردازش تصاویر جهت آشکارسازی و تعیین نوع کاربری اراضی در دو بازه­ ی زمانی از طریق روش­ های طبقه­ بندی نظارت شده و از بین چهار نوع طبقه ­بندی، روش Maximom likelihood)) به علت پردازش بهتر و عدم وجود پیکسل­ های مجهول مورد انتخاب واقع شد و در نهایت لایه­ ی کاربری­ اراضی در دوازده کلاس با انتخاب تعداد نمونه­ های تعلیمی شامل جنگل درجه­ یک (4181 پیکسل)، جنگل درجه­ دو (3958 پیکسل)، اراضی باغی (2665 پیکسل)، مرتع درجه­ یک (32704 پیکسل)، مرتع درجه­ دو (30837 پیکسل)، زراعت (7544 پیکسل)، اراضی مسکونی (1911 پیکسل)، زمین­ های آیش (3257پیکسل)، اراضی با کشت­ آبی (167 پیکسل)، اراضی بایر (2332 پیکسل)، مناطق آبی (131پیکسل) و بستر رودخانه (800 پیکسل) بر حسب هدف تحقیق انجام شد. برای مشخص کردن برخی از فعالیت­ ها در سطوح مختلف زمین، علاوه ­بر لزوم استفاده از تصاویر بزرگ مقیاس، مشاهدات صحرایی و استفاده از اطلاعات جانبی نیز ضروری خواهد بود (زبیری،1392: 183)؛لذا مشاهدات صحرایی نیز جهت تقویت در صحت طبقه­ بندی کاربری اراضی انجام یافت. جهت تجزیه و تحلیل داده­ ها از نرم­ افزارهای ArcGIS) و (ENVI بهره ­گیری شد. در پس پردازش و ارزیابی دقت تصاویر و بررسی نتایج طبقه­ بندی، راه­ های مختلفی وجود دارد که متداول­ ترین روش برای ارزیابی کل صحت نتایج طبقه­ بندی انتخاب تعدادی پیکسل نمونه­ ی معلوم و مقایسه­ ی آن­ها با نتایج طبقه­ بندی است که این داده­ های معلوم را واقعیت زمینی یا داده­ های مرجع می­ نامند که اصطلاحاً reference data)) می­گویند (علوی­پناه، 1391: 159-152). دو شاخص در این خصوص مورد استفاده قرار گرفت که عبارتند از:

1- شاخص صحت کلی: عبارت است از نسبت پیکسل­ هایی که به درستی طبقه­ بندی شده ­اند به کل پیکسل­ های معلوم(راهداری، 1395: 132).

رابطه­ ی (1)

  

:C  تعدادکلاس­ها،  :N تعداد کل پیکسل­ های معلوم،  :Eii اعضای قطری ماتریس خطا و(Accuracy Overal)A.O : دقت کلی تصویر برحسب درصد.

2- ضریب کاپا: یکی دیگر از شاخص ­های آماری می­باشد که از ماتریس خطا به دست می­آید و این ضریب صحت طبقه­ بندی را نسبت به یک طبقه­ بندی کاملاً تصادفی بررسی می­کند. طبقه­ بندی که میزان صحت آن در ضریب کاپا بیش از 85/0 باشد قابل قبول بوده و عدد این ضریب بین صفر تا صد است (سبزقبایی، 1396: 148).

رابطه­ ی (2)

  

Xii: تعداد مشاهدات در ردیف i و ستونi ، N: تعداد عناصر ماتریس خطا، xi: به ترتیب مجموع سطر iام و ستون i ، k: تعداد ردیف­ها در ماتریس، kapa: دقت تصویر

طرح نیاز خالص آبیاری محصولات کشاورزی ایران از مجموعه طرح­ های پروژه­ ی ملی (توتک) بهینه­ سازی مصرف ملی آب کشاورزی ایران می­باشد که داده­ های مربوط به تاریخ کاشت و برداشت و طول دوره­ ی رشد محصولات زراعی و باغی و ضرایب گیاهی آن­ها بر اساس مطالعات صحرایی انجام شده و بر روی اکثر دشت­ های کشاورزی ایران (620 دشت) برآورد شده است. جهت برآورد میزان مصرف آب حوضه در امور باغی، تابع جدیدی توسط نگارندگان با اقتباس از تابع فائو- پنمن- مانتیث ساخته شد و بر اساس این تابع میزان مصرف سالانه­ ی درختان محاسبه شده و نهایتاً مصرف تک تک درختان به صورت میانگین مصرفی سالانه­ی کلی به دست آمد (میرموسوی و همکاران، 1391: 50).  رابطه­های (3 و 4).

رابطه ­ها­ی (3 و 4)

  

ETc : میانگین میزان مصرف آب سالانه درختان در هکتار- ETxj: میزان مصرف آب سالانه یک درخت- ETyi: میزان مصرف آب یک درخت در طول یک ماه- N : تعداد کل درختان- S : مساحت باغات جدید احداث به هکتار.

نتایج و بحث

ارزیابی صحت و نتایج طبقه­ بندی تصاویر به طریق شاخص صحت کلی و ضریب کاپا انجام یافته و میزان ضریب به دست آمده با وضعیت قابل قبول نشان داد که طبقه­ بندی تصاویر به نحو مطلوب انجام یافته و تصاویر برای ادامه ­ی مراحل تحقیق قابل استناد می­باشد (جدول1).

جدول (1) میزان صحت کاربری اراضی برای تصاویر لندست 5 و 8 سال­های 1992 و 2017

سال تصویر

ضریب کاپا

ضریب شاخص صحت کلی

1992

8562/0

1291/85

2017

9454/0

1878/94

در نقشه­ های کاربری اراضی حوضه­ ی آبریز علی ­آباد چای در هر دو بازه­ ی زمانی 1992 و 2017 اراضی به 12 کلاس شامل مناطق مسکونی، اراضی باغی، اراضی کشت آبی، اراضی زراعت دیم و اراضی آیش، اراضی جنگلی در دو قسمت، اراضی مرتعی در سه درجه، مناطق بستر رودخانه، مناطق آبی که شامل دریاچه­ ی مجید­آباد می­باشد. بر اساس مقایس ه­ای که در بین دو نقشه انجام یافت (شکل2و3)، اراضی کشت آبی، جنگل متراکم، مرتع درجه ­یک، بستر رودخانه و مناطق آبی در عرض 25 سال کاهش مساحت داشته­ اند در حالی که اراضی باغی، اراضی زراعت دیم، جنگل تنک، مرتع درجه­ دو و درجه­ سه از افزایش مساحتی چشمگیری برخوردار بوده­ اند که در این خصوص اراضی باغی از مساحت 62/7 کیلومترمربع به 77/12 کیلومترمربع افزایش یافته و در واقع افزایش مساحت اراضی باغی از سال 1992 تا 2017 به میزان 67 درصد بوده است. بخشی از حواشی مناطق جنگلی متراکم در جنوب­ شرقی حوضه به اراضی مرتعی افزوده شده است و اراضی باغی با تصرف بستر رودخانه و حاشیه­ های مرتعی بر مساحت خود افزوده است (جدول2 و شکل4).

جدول (2)مساحت کاربری اراضی در بازه ­ی زمانی 1992 و 2017 به کیلومتر­مربع

نوع اراضی

سال1992

سال2017

تفاضل

اراضی مسکونی

5/7

5/8

1

اراضی باغ

62/7

77/12

15/5

اراضی کشت آبی

34/7

85/4

49/2-

اراضی آیش زراعت دیم

09/18

22/22

13/4

اراضی زراعت دیم

11/31

38/30

73/0-

جنگل انبوه

71/3

69/3

02/0

جنگل تنک

07/13

11/22

04/9

مرتع درجه1

53/48

54/39

99/8-

مرتع درجه2

19/105

11/114

92/8

مرتع درجه3

58/30

73/21

85/8-

بستر رودخانه

88/5

2/0

6/5-

مناطق آبی

07/0

03/0

04/0-

 

شکل (2) کاربری اراضی حوضه­ی آبریز علی­آباد هوراند 1992

 

شکل (3) کاربری اراضی حوضه­ ی آبریز علی­ آباد هوراند2017

 

شکل(4) تفاضل تغییرات کاربری اراضی حوضه آبریز علی ­آبادچای 2017- 1992

بر اساس نتایج به دست آمده از تصاویر دو بازه­ ی زمانی در حوضه آبریز علی­ آباد­چای  مشخص گردید که مساحت اراضی باغی افزایش یافته بر اساس (جدول1) حدوداً 51/5 کیلومترمربع می­باشد و طی مطالعات میدانی بر این نتیجه بود که تا سال 1992 آبیاری اراضی باغی بر اساس دهنه­ هایی که در بالادست باغات توسط اهالی شهرستان احداث می­شدند، انجام می­گرفته و با ورود موتورهای انتقال آب و امکان استحصال آب به ارتفاعات حاشیه­ ی باغات، باغداران مراتع حاشیه باغات را مورد درخت­کاری قرار داده و بر مساحت اراضی باغی خود افزوده­ اند. عامل دیگر در افزایش اراضی باغی بر اساس مـطالعات میدانی، چشمه­ های موجود در حوضه مـی­باشد که قبلاً به رودخانـه سرریز می­شده و امروز ساکنان در اطراف این چشمه­ ها تا حد توان مراتع را تبدیل به باغات میوه نموده ­اند که شامل درختان گردو، سیب، زردآلو و گیلاس می­باشد.

ـ آزمون همبستگی (پیرسون) در بررسی تأثیر افزایش باغات بر کاهش دبی حوضه

احتمالاً گسترده ­ترین کاربرد شاخص آماری همبستگی دو متغیری، ضریب همبستگی پیرسون است که در آزمون­ های پارامتری استفاده شده و نشان می ­دهد که تا چه اندازه بین متغیرهای کمی رابطه­ ی خطی وجود دارد (کرمی، 1394: 209)؛ بنابراین از این آزمون در جهت این که آیا افزایش کاربری باغات حوضه کاهش دبی حوضه دخیل بوده و یا این که بر اثر تغییرات بارشی حوضه این اتفاق افتاده، از آمار 25 ساله­ی بارش حوضه و میانگین آمار 10 ساله عمق چاه­ های موجود در نزدیکی بستر رودخانه و تغییرات کاربری استفاده شد و نتیجه آزمون طبق (جدول3) ارائه گردید.

این آزمون  پارامتریک، نشان داد که بین افزایش مساحت باغات و افزایش عمق چاه­ ها (کاهش دبی حوضه) همبستگی مثبت با رابطه (935/0) بسیار قوی وجود دارد و این رابطه با (00/0sig) از سطح معنی­ داری بالایی برخوردار می­باشد و مشخص می­گردد که با افزایش مساحت باغات در بحث کاربری اراضی، عمق چاه ­ها جهت استحصال آب بیشتر از بستر حوضه افزایش می­یابد؛ در حالی که ارتباط بین تغییرات بارش و عمق چاه­ ها (دبی حوضه) به صورت همبستگی منفی (580/0-) بوده و ضمناً با (079/0 sig) ارتباط مـعنی­ داری بین تغییرات بارشی و عـمق چاه­ ها (دبی حوضه) وجود نـدارد و نمی­توان اثبات کرد که کاهش دبی حوضه به علت نوسانات بارشی در طی 25 سال مورد تحقیق بوده است (بلیانی، 1393: 68-66).

جدول (3) نتایج آزمون پیرسون در کاهش دبی حوضه (مستخرج از spss)

کاربری

بارش

عمق چاه

متغیر­ها

935/0

580/0-

1

ضریب همبستگی

عمق چاه

00/0

079/0

-

سطح معنی­داری

373/0-

1

580/0-

ضریب همبستگی

بارش

289/0

-

079/0

سطح معنی­داری

1

373/0-

935/0

ضریب همبستگی

کاربری

-

289/0

00/0

سطح معنی­داری

ـ محاسبه­ ی میزان مصرف خالص سالانه آب در باغات

محصولات موجود در باغات تازه احداث، بر اساس طرح نیاز خالص آبیاری محصولات زراعی و باغی ایران و در نهایت با استفاده از تابع ریاضی ساخته شده توسط نگارندگان، نیاز آبی سالانه ­ی این محصولات مورد محاسبه قرار گرفت (جدول4 و جدول5) و مشخص گردید که بیشترین مصرف آب در فصل اول آبیاری به وسیله درختان گردو با میزان 184 مترمکعب در هکتار بوده و کمترین مصرف با مقدار 143 متر مکعب مربوط به درختان سیب و گیلاس می­باشد. در فصل دوم آبیاری بیشترین میزان مصرف با 451 مترمکعب در هکتار مربوط به درختان گردو و کمترین میزام مصرف با 292 متر مکعب در هکتار مربوط به درختان زردآلو می­باشد.

 

جدول (4) نیاز آبی درختان مورد کشت در شش ماهه اول با نرم­افزار NETWAT

نوع درخت

فروردین

اردیبهشت

خرداد

فصل بهار

تیر

مرداد

شهریور

فصل تابستان

سیب

8

44

91

143

151

138

103

392

گردو

10

55

109

184

172

160

119

451

زردآلو

13

52

86

151

122

117

53

292

گیلاس

8

44

91

143

151

134

89

374

میانگین

39

115

377

621

596

549

364

1509

جدول (5) محاسبه ­ی نیاز آبی سالانه درختان مورد کشت با تابع ساخته شده

نوع درخت

نیاز آبی سالانه (مترمکعب در کیلومترمربع)

سیب

760000

گردو

886900

زردآلو

490000

گیلاس

698000

میانگین مصرفی درختان

708725

میزان کل مصرفی در باغات جدید احداث در 15/5 کیلومترمربع

3،649،934

طبق محاسبات انجام­ یافته مشخص شد که میزان کل مصرفی آب در باغات جدید احداث حوضه در حدود 3،649،934 مترمکعب در سال می­باشد که از طریق جریان آبی رودخانه علی­ آباد به صورت بند­های رودخانه ­ای و سیستم چاه انجام می­گردد. به علت اینکه حوضه­ ی آبریز علی­ آباد هوراند تا به حال از امکانات مطالعاتی رودخانه ­ای محروم بوده و آمار دبی رودخانه ­ای وجود ندارد لذا با مطالعات میدانی و آثار دبی رودخانه در طی سال­ های مورد مطالعه بر روی کناره­ های سنگی و یک مورد چاه باغی متعلق به نگارنده که از داده­ های ده ساله برخوردار است مورد اثبات قرار گرفت. در (شکل6) مشخص می­گردد که با مرور زمان از میزان دبی رودخانه کاسته شده و داغاب سال­ های گذشته بر روی دیواره­ های سنگی رودخانه حکاکی شده است و طی این سال­ ها سطح رودخانه در سه مقطع به جریان خود ادامه می­داده و امروزه در مقطع چهارم به جریان خود ادامه می­دهد و در هر مقطع کاهش دبی رودخانه ملموس می­باشد. در (شکل7) بستر رودخانه و اینکه چه قدر دبی رودخانه در فصول آبیاری کاسته می­شود مورد توجه است و مشخص می­گردد که حتی بستر رودخانه به علت کاهش دبی مورد تصرف اراضی باغی قرار گرفته است. انتقال مستقیم آب به باغات میوه که بخش اعظم این انتقالات نیز بر اساس جدول (3) مربوط به ماه­ های خرداد، تیر و مرداد است و باعث می­گردد که از اواخر بهار تا مهرماه و تا زمانی که اولین بارندگی اتفاق بیافتد، دبی رودخانه به حداقل خود رسیده و تعادل دیـنامیکی و اکولوژیکی و بیولوژیکی رودخانه را دچار اختـلال و بی­ نظمی می­نماید.

 

شکل (6) مقاطع مختلف آثار دبی رودخانه در سال های گذشته وکاهش چشمگیر دبی رودخانه

 

شکل (7) کاهش چشمگیر دبی رودخانه در فصول آبیاری و تصرف بستر

فیشر و همکارانش در مطالعاتی که از رودخانه کامبوری برزیل به عمل آورده بود تغییر کاربری­ اراضی حوضه را بر تغییر کیفیت آب حوضه مدنظر قرار داده و متوجه شدند که تغییرات کاربری اراضی بر کیفیت آب نیز تأثیر گذاشته و اجزای آن را دچار تحول می­کند (فیشر و همکاران [8]، 2017: 13-1) و علی­خواه در سال 1396 اصل تغـییرات پوشش اراضی حوضه­ ی آبریز کفتاره اردبـیل را مطالعه نموده و متوجه می­گردد که تغییر در کاربری اراضی باعث شده است. علاوه بر منابع تأمین آب قبلی حوضه برای ساکنان، چاه­ هایی برای تأمین آب کشت­ های آبی افزوده شده در کاربری حوضه احداث شود و این روند باعث تأثیرات منفی زیستی برای حیات طبیعی حوضه گردد (علی­خواه، 1396: 99-85). با در نظر گرفتن تحقیقات مذکور باید اذعان نمود که حوضه­ ی آبریز علی­ آباد نیر روند آسیبی مشابه حوضه آبریز کفتاره را با مرور زمان طی می­کند که اگر مورد توجه قرار نگیرد جبران­ ناپذیر خواهد بود. در این خصوص به علت این­که نوسانات بارشی قابل­ توجهی در این منطقه بر اساس داده ­های سازمان آب استان آذربایجان ­شرقی مشاهده نمی­شود و از طرف دیگر با توجه به مطالعات میدانی مشخص می­شود که تأمین­ کننده­ ی جریان سطحی رودخانه اغلب چشمه­ های موجود در نزدیکی بستر رودخانه است و ضمناَ به علت اینکه ارتفاع منطقه (3000متر) از مرزبرف عمومی بخش شمال شرقی ایران (4200متر) کمتر می­باشد، لذا تأثیرات برف و تغییرات آن بر دبی رودخانه مدنظر قرار نگرفت (جداری عیوضی، 1387: 78-73).

نتیجه­ گیری

تغییرات کاربری اراضی یکی از مهم­ترین مسائل جهان امروزی است که باعث بروز مشکلات زیادی در سیستم­ های سطح زمین شده است. در تحقیق حاضر، تجزیه و تحلیل تغییرات پوشش کاربری اراضی حوضه آبریز علی­ آباد چای هوراند انجام شد. این ناحیه از مناطق مهم کشاورزی و دامپروری استان آذربایجان ­شرقی محسوب می­شود و رودخانه­­ ی علی­ آباد چای به عنوان تنها منبع تأمین­ کننده ­ی آب در سال­های اخیر با افت شدید آبی در فصول گرم سال مواجه بوده است. برای نیل به هدف تحقیق از تصاویر ماهواره لندست 5 با سنجنده TM و 8 با سنجنده OLI استفاده گردید. طبقه­ بندی کاربری اراضی منطقه بخصوص میزان افزایش باغات حوضه که مهم­ترین مصرف­کننده­ ی آب رودخانه می­باشند به روش (Maximim Likelhood) انجام شد و پس از طبقه­ بندی به عنوان یک روش کارآمد برای تعیین تغییرات پوشش و کاربری اراضی، ارائه گردید. بر اساس نتایج حاصله چنین به نظر می­رسد که با افزایش مساحت باغات جدید احداث شده در طول 25 سال و آبیاری سنتی این باغات از رواناب منطقه، باعث شده است که توان مصرفی منطقه از آب رودخانه بیش از دبی جریانی بوده و در فصول گرم سال که میزان مصرف درختان نیز افزایش می­یابد باعث می­گردد جریان رودخانه خشک شده و حتی مجبور به استفاده از آب­  های زیرزمینی به صورت سیستم چاه شود و تعادل هیدرولوژیکی منطقه دچار اختلال و بی­ نظمی و توقف فعالیت­ های ژئومورفولوژیکی منطقه از قبیل فرسایش و حمل و بارگذاری در پایین دست رودخانه و یا بی­ نظم شدن جریان حوضه ­گردد. جهت بررسی این که عامل کاهش دبی حوضه، تغییرات کاربری باغات بوده است؛ از آزمون پارامتریک پیرسون در نرم­افزار SPSS استفاده شده و تغییرات بارشی 25 ساله حوضه و تغییرات کاربری باغات با توجه به تغییرات عمق چاه­ ها مورد آزمون قرار گرفت و مشخص شد که بین تغییرات بارشی حوضه و کاهش دبی حوضه ارتباط معنی­ داری وجود ندارد و بلکه این معنی­ داری بین تغییرات کاربری باغات و کاهش دبی حوضه وجود داشته و همبستگی مثبت خیلی قوی بین این دو متغیر وجود دارد. نتایج این تحقیق منطبق با نتایج فرخ­ نیا و همکاران (1397: 823-839) می­باشد نتایج این محققین نشان داد که در بین سال­های 1366 تا 1386 اراضی تحت آبیاری و دیم در سطح حوضه آبریز دریاچه ارومیه به ترتیب در حدود 137 و 160 هزار هکتار افزایش یافته است که تغییرات عمده شامل افزایش باغات حوضه و هم چنین اراضی کشت آبی پاییزه بوده که عمدتاً از کاربری­ های مرتع، کشت آبی تابستانه و اراضی دیم برداشت شده است. بنابراین با توجه به نتایج این تحقیق و نتایج مطالعات محققین مختلف نشان می­دهد که روند تغییرات مراتع و تبدیل آن باغات سیر افزایشی پیدا کرده که علاوه بر افزایش مصرف بالای آب و فشار آن بر دبی رودخانـه­ ها و کاهش سـطح آب­های زیرزمینی باعث تخریب مراتع شده که مشکلات بی شماری از افزایش میزان فرسایش و رسوب و سایر پیامدهای منفی نتیجه آن خواهد بود و با توجه به شرایط بسیار حساس منطقه، اگر روند تغییرات کاربری اراضی به صورت بهینه نشود و آبیاری باغات دچار تحولات علمی و عملی نشود و مدیریت ذخیره­ سازی آب انجام نگردد؛ روند جریانی رودخانه به طور کلی دچار اختلال در فصول سال شده و با خشک شدن دایمی در فصول گرم سال فعالیت­ های ژئومورفولوژیکی و اکولوژیکی خود را از دست خواهد داد و اثرات منفی آن گریبان­گیر ساکنان منطقه خواهد شد.    


1- Habtamu Teka et al.,   

2- Zaho W et al.,

3-Ang Kean Hua

1- Arzu Erener et al.,

2-Marian Vittek et al., 

3-Ang Kean Hua

4-Habtamu Teka et al.,

[8]1- Jonathan R. B. Fisher

References

References
-Alikhah Asl, M., (2016), Evaluation of Land Cover Change Trends in Keftar Watershed Using Remote Sensing Method. Environmental Science and Technology, Vol.19, No.3, PP. 85- 99 .
 -Ang Kean, H., (2017), Land Use Land Cover Changes in Detection of Water Aquality: A Study Based on Remote Sensing and Multivariate Statistics, Hindawi Journal of Environmental and Public Health, Vol 7515130.  PP. 1-12.
-Arzu, E., et al., (2011), Evaluating Land Use/Cover Change with Temporal Satellite Data and Information Systems, SciVeres Scince Direct (Elsevier), vol 27, PP. 385-389.
-Beliani, Y.,  and  Hakim Doust, S., (2014), Principles of Spatial Data Processing Using Spatial Analysis Methods (first edition). Azadpeima Press.
-Farrokhnia, A., et al. (2017), Investigation of Land Use Change in Lake Urmia Basin Based on Landsat-TM Images and Base and Object Pixel Classification Techniques, Iranian Journal of Irrigation and Drainage, No.3, Vol. 12, pp. 823-839 .
 -Habtamu, T., et al (2018), Evaluation of Land Use Land Cover Changes Using Remote Sensing Landsat Images and Pastoralists’ Perceptions on Range Cover Changes in Borana Rangelands, Southern Ethiopia, International Journal of  Biodiversity and Conservation, Vol. 10, No.1, PP. 1-11. 
-Haji Hosseini, M., et al. (2015), Survey of Land Use Changes on Runoff of Helmand Transboundary Basin during 1990 to 2012 Using Satellite Information and SWAT Simulation Model, Iranian Water Resources Research, Vol. 11, No.1, PP. 73-86.
-Jodarii Eyvazi, J,. (2008), Geomorphology of Iran (Geography). Piam Noor University Publishers , Ninth Edition.
-Jonathan, R., Fisher, B., (2017), Impact of Satellite Imagery Spatial Resolution on Land Use Classification Accuracy and Modeled Water Quality, Remote Sensing in Ecology and Conservation, Vol. 4,No.2, PP.1-13.
-Kazemi, R., & Bayat, R., (2016), Investigation of Land Use Change Effects on Minimum Flow Indicators (Case Study: Taleghan Watershed), Journal of Watershed Protection Research, Vol.24, No.1, PP. 287- 294.
- Karami, R., (2015), Easy Guide to Statistical Analysis with SPSS (First Edition).  PP.8-267.
-Marian, Y., Brink, A., Donnay, F., Desclee, B., (2014), Land Cover Change Monitoring Using Landsat MSS/TM Satellite Image Data over West Africa between 1975 and 1990, Remote Sensing, Vol.6, No.1, PP. 658-679.
 -Mirmosavi, H., (2012), Calibration Methods of Reference Potential Evapotranspiration (ET0) and Calculation of Olive Water Needle (ETc) in Kermanshah Province, Geography and Environmental Stability, No.3, PP.45-64.
-Mousavi, H., Ranjbar, A., Haseli, M., (2015), Monitoring and Surveying Land Use Changes in Abarkouh Basin Using Satellite Images (1976-2014), Geographical Information Science Journal, Vol. 25, No. 97, Spring 95, PP.129 -146.
-Rahdary, V., Maleki, S., Rahdary, M., Mahmodi, S., Pourmolaei, N., Alimoradi, M., Abtin, E., kadkhodaei, M., Pourmanafi, S.,lxhgui jyddvhj; hvfvd hvhqd fh hsjthni hc (2016), Experiences and Consequences of Inter-Basin Water Transmission in the World and Evaluation of the Capability of Multi-Spectral Satellite Data for Water Depth and Adjacent Land Reservoir 6- Mapping, Water Resources Research Iran, Vol.12, No.3, pp.130-141.
-Sabz Gobayi, G., Raz, S., Dashti, S., Yosefi, Sh., (2016), Study of  Land Use Changes Using Geographic Information System and Remote Sensing Techniques (Case study: Andimeshk city). Geography and Development, Vol. 46, pp. 35-46. 
-Zhou, W., Troy, A., Grove, M., (2008), Object-Based Land Cover Classification and Change Analysis in the Baltimore Metropolitan Area, Using Multitemporal High Resolution Remote Sensing Data. Vol.8, No.3, PP.1613–1636.
-Zubeyri, M., & Majd, A.R. (2013), Introduction to Remote Sensing Technique and Application in Natural Resources. Tehran: University of Tehran Publications.
Hydrogeomorphology
Volume 6, Issue 19 - Serial Number 19
September 2019
Pages 37-56

Files

History

  • Receive Date: 01 August 2018
  • Revise Date: 19 March 2019
  • Accept Date: 21 May 2019

Share

How to cite

Statistics