مدل‌سازی اثر تغییر کاربری اراضی بر میزان رواناب سطحی در حوزه آبخیز خرم‌آباد با استفاده از تلفیق مدل L- THIA و RS و GIS

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیست و سوم، شماره سه، خرداد ماه 1400

مدل‌سازی اثر تغییر کاربری اراضی بر میزان رواناب سطحی  در حوزه آبخیز خرم‌آباد با استفاده از  تلفیق مدل L-   THIA و  RS و GIS

    حدیث رشیدی [1]

علی حقی زاده[2] ^*

Haghizadeh.a@lu.ac.ir

حسین زینی وند[3]

 ناصر طهماسبی پور²

چکیده

زمینه و هدف : تغییرات کاربری زمین ، عمدتاً فواید اجتماعی- اقتصادی زیادی را به دنبال دارد . با این‌حال، این تغییرات آثار منفی را به محیط‌زیست طبیعی وارد می‌کند. به علت حجم زیاد رواناب ناشی از عدم نفوذپذیری در سطح شهر و عدم تعبیه مناطق خاص یا هرگونه سازه جهت نفوذ آب علاوه بر مشکل آب‌گرفتگی در مناطق پست شهر مطالعات متعددی برای توسعه‌ی مدل‌ها با رویکرد شبیه­سازی تغییرات کاربری اراضی صورت گرفته است. در این تحقیق از مدل L-THIA برای تخمین رواناب ناشی از تغییر کاربری در حوزه‌ی خرم‌آباد استفاده‌شده است. مدل L-THIA، مدلی برای ارزیابی آثار بلندمدت حاصل از تغییر کاربری زمین بر منابع آبی است که با استفاده از داده‌های ساده و در دسترس نظیر داده‌های اقلیمی بلندمدت، نقشه‌ی کاربری اراضی و نقشه‌ی خاک قابل‌اجراست.

روش بررسی : این مطالعه ، در دوره زمانی 10 ساله و در فاصله زمانی سال­های 1383-1393 انجام شد. تصاویر لندست از سایت سازمان زمین‌شناسی ایالت متحده دانلود ‌گردید و تصحیحات مختلف بر روی آن ها انجام ‌گردید. نقشه‌های کاربری زمین با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 7 سنجنده  ETM و تصاویر لندست 8 مربوط به سنجنده OLI به ترتیب مربوط به سال‌های 1383 و 1393 تهیه و مورداستفاده قرار گرفت. داده‌های بارش از سازمان آب منطقه‌ی تهیه می‌گردد. پس از مرتب کردن برای تجزیه‌وتحلیل آتی آماده می‌شوند با تلفیق نقشه کاربری اراضی و نقشه‌ی بافت خاک در نرم‌افزار جی آی اس، گروه هیدرولوژیکی خاک تولید می‌گردد. و درنهایت نقشه‌های آماده‌شده به مدل L-THIA داده می‌شود و تأثیر تغییر کاربری بر رواناب سطحی بررسی می‌گردد.

 یافته‌ها: نتایج مدل‌سازی با استفاده ازL-THIA ، افزایش رواناب سالانه در طی ده سال را نشان می‌دهد طبق نتایج مدل، میانگین میزان عمق رواناب منطقه، از سال 1383 تا 1393 از مقدار 12/16 به مقدار  32/18 رسیده است. نتایج حاصل از اجرای مدل افزایش حجم و عمق رواناب سطحی در فاصله‌ی زمانی موردنظر را نشان داد که این امر سبب ضرورت کنترل بر تغییرات کاربری زمین در منطقه شده است. تغییرات کاربری عمدتاً در جهت افزایش مناطق مسکونی و کاهش سطح زمین‌های جنگلی و مرتعی است.

بحث و نتیجه‌گیری: همان‌طور که از نتایج این تحقیق برمی‌آید مدلL-THIA ، قابلیت مناسبی در بیان نحوه‌ی اثر تغییر کاربری بر مقادیر حجم و عمق رواناب دارد. همچنین با استفاده از نتایج مطالعه، می‌توان برنامه‌های کنترلی برای تغییرات کاربری زمین جهت جلوگیری از افزایش رواناب در منطقه تهیه نمود.

واژه های کلیدی:L-THIA ، تغییر کاربری زمین، حوزه ‌ خرم‌آباد، رواناب، مدل‌سازی هیدرولوژیکی.

Modeling the Effects of Land Use Change on Surface Runoff in the Watershed of Khorramabad Using RS and GIS Integration Model and L- THIA

Hadis Rashidi[4]

Ali Haghizadeh[5]*

Haghizadeh.a@lu.ac.ir

Hossein zeinivand[6]

Naser Tahmasebipour²

Abstract

Background and Objective: land use change, mainly socio-economic benefits to follow. However, these changes have negative effects on the natural environment. Due to the high volume of runoff from a lack of permeability in the city and Non-use of certain areas or any structure in addition to the problem of flooding in low-lying areas for water infiltration in several studies to develop models with simulation approach to land use changes have taken place. In this study, L-THIA model for estimating runoff from land use changes in the area of Khorramabad is used. The Model of L-THIA, a model to assess long-term effects land use change on water resources using simple and availability data Such as long-term climate data, land use map and soil map applicable.  

Methods: This study was conducted in a period of 10 years and in the period of 2004-2014. Landsat images from the site the US Geological Survey has been downloaded and various corrections have been made. Land use maps were prepared and used using Landsat 7 satellite images of ETM sensors and Landsat 8 images of OLI sensors related to 2004 and 2014, respectively. Precipitation data are provided by the Regional Water Authority. After sorting, they are prepared for future analysis. By combining land use map and soil texture map in GIS software, the soil hydrological group is produced. Finally, the prepared maps are given to the L-THIA model and the effect of land use change on surface runoff is investigated.

Findings: The results of modeling using L-THIA, increased annual runoff in ten years shows that this increased volume of runoff and the need for control over land use change in the region. User modifications to increase mainly in residential areas and loss of woodland and grassland.

Discussion and Conclusion: As the results of this study show, the L-THIA model has a good ability to express the effect of land use change on the volume and depth of runoff. Also, using the results of the study, it is possible to prepare control programs for land use changes to prevent runoff in the area.

Keywords: L-THIA, Land Use Change, Khorramabad Area, Runoff, Hydrological Modeling.

مقدمه

در سراسر جهان تغییرات کاربری زمین در حال انجام است که این امر آثار مهمی بر ساختار و کارکرد اکوسیستم دارد(1). اطلاع از عوامل مؤثر در تغییر کاربری اراضی در یک دوره زمانی می‌تواند موردتوجه برنامه‌ریزان و مدیران باشد(2). تغییرات به‌طور طبیعی، به‌صورت تدریجی اتفاق می‌افتد اما تغییرات ناشی از فعالیت‌های انسانی به‌صورت سریع و ناگهانی روی می‌دهد(3). کاربری اراضی در مفهوم کلی آن به نوع استفاده از زمین در وضعیت موجود گفته می‌شود که دربرگیرنده تمامی کاربری­ها در بخش‌های مختلف کشاورزی، منابع طبیعی و صنعت می‌شود(4). کاربری اراضی شامل تمام فعالیت‌های موجود در منطقه یا ناحیه مانند یک حوزه آبخیز درروی زمین مانند تخصیص اراضی به فعالیت‌های زراعی، مناطق مسکونی، جنگل، مرتع، معدن، تأسیسات صنعتی و همانند آن است. افزایش رواناب به‌واسطه‌ی تغییر کاربری می‌تواند شاخص خوبی برای تعیین احتمال بالقوه افزایش سیلاب دریک حوزه‌ی  آبخیز باشد. تغییرات نادرست کاربری اراضی، باعث به هم خوردن چرخه آب از تعادل طبیعی می‌شود که معضلاتی مثل سیل و کاهش منابع آب را در پی خواهد داشت(5). درزمینه‌ی تأثیرات کمی تغییرات کاربری اراضی بر مقدار رواناب حوزه در مناطق مختلف ایران و جهان تحقیقاتی انجام‌گرفته است. چوی و دیل تأثیرات هیدرولوژیکی تغییر کاربری اراضی را با استفاده از مدل‌، برای حوزه‌ی رودخانه کیشواکی در نیمه‌ی غربی آمریکا ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که مدل‌سازی، به‌وسیله‌ی الحاق یک مدل تغییر کاربری توزیعی و یک مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیعی می‌تواند ابزار پشتیبان تصمیم‌گیری مفیدی باشد(6). برای شبیه‌سازی آثار تغییر کاربری یک منطقه یا حوزه آبخیز مدل‌های هیدرولوژیکی زیادی وجود دارد که مدل L-THIA یکی از آن‌هاست و در ایران، تنها در یک مورد در حوزه‌ی خرم‌آباد انجام‌شده است. مدل L-THIA، یک مدل ساده و مرتبط با جی‌آی‌اس است که رواناب مستقیم را از داده‌های ورودی پایه شامل داده‌های اقلیمی بلندمدت،کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیکی خاک برآورد می‌نماید(7). مدل  L-THIAیک مدل هیدرولوژیکی است که به ارزیابی آثار هیدرولوژیکی بلندمدت با استفاده از داده‌های در دسترس می‌پردازد(8). در مدل L-THIA دو مؤلفه وجود دارد: یکی از آن‌ها عنصر هیدرولوژی و دیگری عنصر کیفیت آب است. برای عنصر هیدرولوژی، مدلL-THIA ، رواناب مستقیم را بر مبنای روش شماره منحنی و داده‌های بارندگی روزانه برآورد می‌کند. عنصر کیفیت آب ، بار آلودگی را از رواناب مستقیم و ضرایب مربوط به کاربری زمین برآورد می‌نماید(9). مطالعات زیادی درزمینه تغییرات کاربری اراضی بر مقدار رواناب حوزه  انجام‌شده است به‌طور مثال گلدوی و همکاران، به بررسی تغییرات کاربری اراضی بر آب‌های سطحی با استفاده از مدلL-THIA  در منطقه گرگان پرداختند. این مطالعه، در دوره زمانی 27 ساله و در فاصله زمانی 1988-2007 انجام شد. با استفاده از نتایج مطالعه برنامه‌های کنترلی برای تغییرات کاربری زمین جهت جلوگیری از افزایش رواناب در منطقه تهیه کردند(10). وفاه خواه و همکاران، به بررسی تأثیر تغییر کاربری اراضی بر مقدار رواناب در حوضه آبخیز چالوس رود پرداختند. در این تحقیق از مدل L-THIA جهت تخمین رواناب  ناشی از تغییر کاربری اراضی در حوضه آبخیز چالوس استفاده شد. نتایج مدل‌سازی رواناب با استفاده از مدل L-THIA در حوضه‌ی آبخیز چالوس رود نشان داد که عمق رواناب به ترتیب از 98/422 به 168/809 میلی‌متر طی سال‌های 1363 تا 1379 رسید که بیان گر افزایش 188/ 368 میلی‌متری عمق رواناب طی 16 سال است. از نتایج این تحقیق برمی‌آید مدل  L-THIA  قابلیت مناسبی در بیان نحوه اثر تغییر کاربری بر مقادیر حجم و عمق رواناب دارد. این مدل با ارایه‌ی نقشه‌ی  توزیع مکانی رواناب، امکان شناسایی مناطق حادثه‌خیز، پهنه‌بندی سیل و همچنین مدیریت سیل را فراهم می‌سازد(11). یازلو و همکاران برای انتخاب مکان بهینه، با استفاده از تغییرات کاربری اراضی و آب‌وهوا بر هیدرولوژی در حوزه‌ی نوین واقع در شمال غربی ایندیانا از مدل L-THIA استفاده نمودند. نتایج ایشان نشان داده تغییر کاربری موجب افزایش حجم رواناب و بارهای آلاینده می‌شود انتخاب و مکان بهینه زیرساخت‌ها با استفاده از مدل L-THIA انجام شد همچنین هزینه‌ی سالانه زیرساخت‌های سبز تا حد زیادی باعث افزایش حجم رواناب و بارهای آلاینده می‌شود(12). با توجه به تأثیر کاربری اراضی بر وقوع سیلاب و تولید رواناب، ضرورت انجام این تحقیق، تعیین تأثیر تغییر کاربری اراضی بر حوزه آبخیز خرم‌آباد بر مقدار رواناب حوزه است. مدل L-THIA ، برای بررسی آثار تغییر کاربری زمین بر آب‌های سطحی استفاده شد. برای این کار، ابتدا نقشه‌های کاربری زمین منطقه،  نقشه گروه‌های هیدرولوژیک خاک و  داده‌های اقلیم طولانی‌مدت تهیه شد. سپس، این اطلاعات برای اجرای مدل مورداستفاده قرار گرفت.

مواد و روش‌ها

خصوصیات منطقه موردمطالعه

حوزه آبخیز رودخانه خرم‌آباد یکی از هشت زیر حوزه مهم حوزه آبخیز کشکان است که از زیر حوزه‌های مهم کرخه هست. حوزه آبخیز خرم‌آباد ازنظر موقعیت جغرافیایی بین 48 درجه و 4 دقیقه و 37 ثانیه تا 48 درجه و 46 دقیقه و 37 ثانیه شرقی و 33 درجه و 15 دقیقه و 16 ثانیه تا 33 درجه 43 دقیقه و 52 ثانیه شمالی در بخش میانی سلسله جبال زاگرس قرارگرفته است.

این زیر حوزه از شمال به آبخیز کاکا رضا، از جنوب به آبخیز دز، از شرق به آبخیز زاغه و از غرب به جاده خرم آباد-اندیمشک محدود می‎شود. مساحت منطقه موردمطالعه در حدود 1659 کیلومترمربع هست. رودخانه خرم‌آباد با طول آبراهه اصلی 3/73 کیلومتر پس از عبور از داخل شهر و دشت جنوبی آن سرشاخه‌های فرعی کاکا شرف و سراب دایمی چنگالی در بخش جنوبی به آن ملحق می‎گردد که محل ایستگاه چم انجیر زیر حوزه رودخانه خرم‌آباد را به وجود می‎آورد. میانگین بارش سالیانه 21/367 میلی‌متر و میانگین دمای سالیانه 13/17 درجه است ارتفاع این شهر از سطح دریا 8/1147 متر است. شکل (1)  تصویری از منطقه تحت مطالعه را نشان می‌دهد.                                                                                                  

شکل 1-منطقه موردمطالعه

Figure 1. Study Area

مدل L-THIA

مدلL-THIA ، ابزاری مناسبی برای کمک به سنجش تأثیرات بالقوه‌ی تغییر کاربری زمین بر رواناب سطحی و آلودگی است(13). این مدل، به‌عنوان ابزاری سریع و در دسترس برای استفاده در ارزیابی تأثیرات بلندمدت تغییر کاربری توسعه‌یافته است(14). هسته‌ی اصلی این مدل بر مبنای روش شماره منحنی (CN) است. مقادیر CN بین 0-100 است که در آن مقادیر بالا، به کاربری‌های شهری و مقادیر پایین به مناطقی با نفوذپذیری بالا(تالاب‌ها و مراتع با تراکم پوشش گیاهی بالا) تعلق می‌گیرد. در واقع استفاده ازCN  در L-THIA یک جایگزین ساده و مناسب برای مدل‌های هیدرولوژیکی پیچیده‌ای است که به داده‌های زیادی نیاز دارند و اغلب برای بیش تر مناطق در دسترس نیست(15). مدل L-THIA با استفاده از داده‌های بارندگی روزانه، رواناب روزانه را تخمین می‌زند. مزیت این مدل، عدم نیاز به کالیبراسیون مدل با داده‌های واقعی است چون با واردکردن داده‌های بارش و گروه هیدرولوژیکی خاک و نقشه‌ی کاربری اراضی در واقع مدل با شرایط منطقه اجرا می­شود و به ‌نوعی کالیبره می­گردد. به همین دلیل، مدل L-THIA مورد توجه سیاست گذارنی است که می‌خواهند پیامدهای مدیریت بحران را شناسایی نموده و آثار نامطلوب آن را اصلاح نمایند(16). مدلLTHIA ، 8 طبقه کاربری زمین جهت اجرای مدل‌سازی در نظر می‌گیرد. این طبقات عبارت‌اند از: مناطق آبی، تجاری، کشاورزی، مناطق مسکونی متراکم، مناطق مسکونی کم تراکم، مرتع، جنگل و مناطق صنعتی. بنابراین برای اجرای مدل، نقشه‌های کاربری زمین منطقه مطالعاتی باید دوباره طبقه‌بندی می­شدند. همچنین، اگر برخی از طبقات متفاوت با طبقات این مدل هستند، باید آن‌ها را در طبقه‌هایی قرارداد که بیش ترین شباهت از لحاظ خصوصیات تولید رواناب ، با آن طبقه را دارد(17). برای مثال،کاربری زمین بایر که در طبقات کاربری زمین موردنظر مدل L-THIA قرار ندارد، با توجه به ویژگی تولید رواناب در زمین‌های بایر، برای استفاده در مدل L-THIA در طبقه مناطق مسکونی متراکم قرار گرفت. دلیل این امر توانایی مشابه دو کاربری در تولید رواناب است. به‌این‌ترتیب نقشه‌ی های کاربری سال‌های 1383 و 1393 دوباره طبقه‌بندی شدند تا اجرای فرایند مدل‌سازی برای هر یک از آن‌ها انجام‌پذیر شود. پس از انجام این کار، با استفاده از ماژول Land use Classification در برنامه L-THIA GIS/NPS  به هر یک از طبقات کاربری زمین کدهایی از 1000 تا 7000 اختصاص داده شد و نقشه‌های کاربری زمین به‌صورت لایه‌های رستری موردنیاز برای اجرای مدل تبدیل شد. جدول(2) چگونگی طبقه‌بندی نقشه‌های کاربری زمین برحسب طبقات مدل L-THIA و کدهای طبقات کاربری زمین را نشان می‌دهد.

شکل2- مراحل اجرای مدل L-THIA

Figure 2. The process of L-THIA model run

روش پژوهش

در این مطالعه از نرم‌افزارهای سیستم اطلاعات جغرافیایی هم چون،ArcMap ، ArcView3.2 و ENVI، برای آماده‌سازی نقشه‌ها و فرآیند مدل‌سازی و نرم‌افزار گوگل ارث جهت بررسی صحت نقشه‌های کاربری استفاده گردید. برای تهیه نقشه‌های کاربری زمین سال­های 1383 و 1393، به ترتیب از تصاویر ماهواره‌ی لندست7 سنجنده ی ETM و تصاویر ماهواره‌ی لندست 8 سنجنده OLI  استفاده ‌شد. جهت انجام این کار تصاویر پس از آماده‌سازی وارد نرم‌افزار ENVI شد. سپس تصیحات هندسی با استفاده از سنجش‌ازدور، تصیحات رادیو متریک با استفاده از نرم‌افزار انوی و تصیحات خطوط جاافتاده با استفاده از افزونه  Gapfillبر روی تصاویر اولیه انجام شد. کاربری‌های موجود در منطقه با استفاده از تصویر رنگی کاذب، تصاویر گوگل ارث، بازدید میدانی و دستگاه موقعیت‌یاب جهانی (GPS) برای هر کاربری تهیه شد. نمونه‌های تعلیمی به دودسته تقسیم شد70 درصد نمونه‌ها برای استفاده در طبقه‌بندی و 30 درصد نمونه‌ها برای بررسی صحت طبقه‌بندی استفاده شد(16). برای بیان صحت نقشه‌های تولیدی می‌توان از معیارهای کمی نظیر ضریب کاپا استفاده کرد(18). کاپا شاخص توافق واقعی بین داده‌های واقعیت زمینی و طبقه‌بندی نظارت‌شده و توافق شانسی بین داده‌های واقعیت زمینی و طبقه‌بندی تصادفی است(19). میزان ضریب کاپا بین صفر و یک متغیراست. زمانی که کاپا صفر باشد، نشان‌دهنده‌ی این است که طبقه‌بندی انجام‌گرفته بهتر از طبقه­بندی تصادفی پیکسل‌ها نبوده است. هرچه این عدد به یک نزدیک باشد نقشه‌ی طبقه‌بندی‌شده از صحت بالاتری برخوردار است(20). طبقات کاربری شامل 1-اراضی کشاورزی 2-اراضی مرتعی و جنگلی 3-اراضی بایر 4-مناطق شهری 5-نمونه‌های سنگی 6-آب است. پس از طبقه‌بندی، فیلتر MOD به‌منظور حذف تک پیکسل‌ها و قطعات کوچک انجام شد. و با استفاده از روش طبقه‌بندی نظارت‌شده (Maximum Likelihood)، لایه‌ی کاربری زمین تهیه شد. جدول(1) داده‌های مورداستفاده در این مطالعه را نشان می‌دهد. لایه‌ی دیگری که در این مدل مورداستفاده واقع‌ شد، داده‌های مربوط به هیدرولوژیکی خاک است.گروه‌های هیدرولوژیک خاک طبق تعریف سازمان حفاظت خاک ایالات‌متحده در چهار گروه شامل گروه‌های A, B, C, D  قرار دارند.  این گروه‌ها نشان‌دهنده قابلیت نفوذپذیری خاک و یا تولید رواناب هستند. گروه A ، دارای بیش ترین قدرت نفوذ و کم ترین توانایی تولید رواناب و گروه D کم ترین قدرت نفوذ و بیش ترین توانایی تولید رواناب را دارد. در این مطالعه، برای تعیین گروه‌های هیدرولوژیک خاک از ویژگی نوع کاربری زمین و بافت خاک استفاده شد(21). بنابراین از نقشه‌ی گروه هیدرولوژیکی خاک برای برآورد حجم و عمق رواناب سطحی دربازه های زمانی مورد مطالعه استفاده شد. در مدلL-THIA ، داده‌های سالانه بارش به‌صورت بارش‌های مجزا مورداستفاده قرار می‌گیرد. با توجه به این امر لازم است از ایستگاه‌های باران‌سنجی موردنظر داده‌های بارش به‌صورت روزانه تهیه شود. پس از آماده‌سازی اولیه، جهت استفاده در فرایند مدل‌سازی هیدرولوژیکی به روشL-THIA ، به فایل متنی منتقل شد. در این تحقیق، با استفاده از مدل ارزیابی تأثیرات هیدرولوژیکی بلندمدتL-THIA ، حجم و عمق رواناب درگذشته و حال محاسبه شد. وجود لایه‌ی کاربری زمین و گروه هیدرولوژیکی خاک و داده‌های بارش طولانی‌مدت روزانه (30ساله)، از موارد ضروری برای اجرای مدل است. پس از تهیه لایه‌های مذبور(آمار بارش روزانه،کاربری زمین و گروه هیدرولوژیک خاک)، داده‌ها در محیط نرم‌افزار  3.2 Arcview، و با استفاده از برنامه L-THIA GIS/NPS ، مدل‌سازی شدند.

جدول1-داده‌های مورداستفاده در مطالعه

Table 1. Data used in the study

جدول2-چگونگی طبقه‌بندی نقشه‌های کاربری زمین برحسب طبقات مدل L-THIA

Table 2. land-use map classification based on the model L-THIA

یافته‌ها

در این مطالعه آثار حاصل از تغییرات کاربری زمین بر آب‌های سطحی در بازه زمانی 10 ساله در منطقه مطالعاتی با استفاده از مدل L-THIA   ارزیابی شد .برای انجام این کار، ابتدا نیاز به تهیه نقشه‌های کاربری زمین چند زمانه برای بازه زمانی موردنظر بود. این نقشه‌ها با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای تهیه شدند. ضرایب ارزیابی صحت طبقه‌بندی نقشه‌های کاربری اراضی در سال 1383، 89 درصد و در سال 1393، 91 درصد به دست آمد جدول(3). نقشه‌های کاربری اراضی برای هر یک از سال‌های  1383و  1393 به‌صورت جداگانه تهیه شد (شکل3و 4).

طبق اطلاعات جدول(4)، بیش ترین تغییرات مربوط به کاربری شهری، اراضی بایر و اراضی کشاورزی است.

جدول3- نتایج حاصل از بررسی صحت طبقه‌بندی تصاویر ماهواره‌ای

Table 3. The results of classification accuracy of satellite images

جدول4-مساحت کاربری‌های مختلف اراضی(مترمربع) در سال‌های 1383 و 1393

Table 4. Area of Different Land Use (Square meters) in 1383and 1393

نقشه گروه‌های هیدرولوژیک خاک با استفاده از نقشه کاربری زمین و نقشه قابلیت اراضی تهیه شد(شکل 5). بیش ترین سطح منطقه در گروه هیدرولوژیک C و کم ترین سطح منطقه در گروه D قرار دارد. تهیه نقشه شماره منحنی(CN) با استفاده از نقشه‌های کاربری زمین و نقشه گروه هیدرولوژیک خاک و نیز جدول CN تهیه شد شکل (6). در مرحله بعد، نقشه‌ی عمق و حجم رواناب با استفاده از نقشه‌ی CN و فایل خروجی حاصل از اجرای مدل L-THIA، برای سال‌های موردمطالعه به‌طور جداگانه تهیه شد. شکل‌های (7 و 8)، به ترتیب نقشه‌های عمق و حجم رواناب سالانه در سال 1383 و شکل‌های (9 و 10) نقشه‌های عمق و حجم رواناب سالانه را در سال 1393 نشان می‌دهند. جدول(5)، نتایج حاصل از بررسی عمق و حجم رواناب را نشان می‌دهد.

جدول5- نتایج حاصل از بررسی مقادیر عمق و حجم رواناب سالانه

 Table 5 - the Results of survey depth and volume of annual runoff

بحث و نتیجه‌گیری

تحقیق حاضر به ‌منظور پیش‌بینی تغییر کاربری اراضی بر مقدار رواناب انجام گرفت. بررسی منابع زمینی و روند تغییرات آن‌ها با استفاده از روش‌های سنتی معمولاً زمان‌بر و مستلزم هزینه‌های زیاد است. این مساله همراه با پویایی و تحول پدیده‌های زمینی سبب شده است تا متخصصان برای یافتن روش‌های سریع و دقیق با استفاده از فنون پیشرفته تلاش بیش تری نمایند. فنون سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی ازجمله فن‌آوری‌های مورداستفاده در این زمینه می‌باشند در مطالعه‌ای که در حوزه خرم‌آباد صورت گرفت، از تصاویر ETM سال 1383 و تصاویر OLI سال 1393 استفاده گردید. پس از اعمال تصحیحات هندسی و رادیو متریک روی تصاویر، تصویر سال 1383 دارای خطای نوار شدگی بود که تصحیح نوار شدگی روی آن اعمال شد، با کمک گوگل ارث و ترکیب‌های رنگی کاذب نمونه‌های تعلیمی برای تصاویر تعریف شد. سپس با استفاده از روش حداکثر احتمال در نرم‌افزار ENVI نقشه طبقه‌بندی تصاویر سال‌های مورداستفاده تهیه شد. در نهایت نقشه‌ی طبقه‌بندی‌شده سال 1393با نقاط حاصل از برداشت میدانی با استفاده از جی پی اس و نقشه سال 1383 با استفاده از 30 درصد نقاط تعلیمی، مورد ارزیابی و صحت سنجی قرار گرفتند. برای ارزیابی کلی نقشه‌های طبقه‌بندی‌شده از دقت کلی و ضریب کاپا استفاده‌شده است. ضریب کاپای نقشه‌های طبقه‌بندی‌شده برای سال 1383و 1393 به ترتیب 89 و 91 هست. با مقایسه نقشه‌های کاربری اراضی، روند تغییرات کاربری اراضی طی سال­های موردمطالعه مشخص گردید. تفسیر تصاویر ماهواره‌ی نشان داد که بیش ترین تغییرات مربوط به کاربری شهری، اراضی بایر و اراضی کشاورزی است؛ بدین ترتیب که مساحت شهر از 339 مترمربع  در سال 1383 به 599 مترمربع در سال 1393 و اراضی بایر از 256 مترمربع در سال 1383 به 263 مترمربع در سال 1393 و اراضی کشاورزی از 435 مترمربع در سال 1383 به 476 مترمربع در سال 1393 افزایش‌یافته است. افزایش اراضی شهری و بایر، سبب کاهش اراضی مرتعی جنگلی شده است. سپس نقشه گروه­های هیدرولوژیک خاک تهیه گردید و با استفاده از مدل L-THIA ابتدا نقشه‌ی CN و سپس حجم و عمق رواناب به دست آمد. در این مطالعه از مدل L-THIA برای ارزیابی اثرات حاصل از تغییرات کاربری زمین‌ بر منابع آب سطحی استفاده شد. این مدل با استفاده از نقشه‌های کاربری زمین چند زمانه و نقشه گروه‌های هیدرولوژیک خاک منطقه اجرا گردید. نتایج نشان‌دهنده افزایش مجموع عمق و حجم رواناب در بازه زمانی موردمطالعه است(22). این موضوع اثرات حاصل از تغییرات کاربری زمین ‌بر رواناب سطحی را در منطقه موردمطالعه تأیید می‌نماید نتایج این تحقیق نشان داد که سامانه L-THIA ابزاری قوی برای ارزیابی تأثیر تغییر کاربری بر هیدرولوژی است(23). نتایج این مطالعه با نتایج (24) مطابقت دارد. آن‌ها از مدل L-THIA  برای بررسی آثار هیدرولوژیکی حاصل از تغییرات کاربری زمین در منطقه‌ای در انگلستان در بازه زمانی 1971-2004 استفاده کردند. نتایج نشان‌دهنده افزایش عمق -و حجم رواناب در منطقه با تغییر کاربری زمین و توسعه مناطق مسکونی و سطوح غیرقابل نفوذ در دوره زمانی موردنظر است به‌طوری‌که میانگین رواناب سالانه حدود 12 درصد افزایش‌یافته است. درواقع مدل  L-THIAیک مدل ساده و مرتبط با جی آی اس است. که رواناب مستقیم را از داده‌های ورودی پایه شامل داده‌های اقلیمی بلندمدت، کاربری اراضی و گروه هیدرولوژیکی خاک برآورد می‌نماید. این مطالعه با پژوهش‌های وفاه خواه و همکاران(1394)، گلدوی و همکاران (1394)، اسفندیاری و همکاران(1393)، پسندیده فر و همکاران(1393) تطابق دارد. پیشنهاد می‌شود، اجرای برنامه‌های صحیح برای کنترل تغییرات کاربری زمین جهت حفظ منطقه انجام شود همچنین طراحی فیزیکی دقیق کاربری اراضی می‌تواند آثار حاصل از تغییرات کاربری زمین را کاهش دهد. می‌توان نتایج را در جهت اولویت‌بندی زیر حوزه‌ها برای انجام اقدامات آبخیزداری در بخش‌های آسیب‌پذیر کاربردی کرد.

Reference

1. Oluseyi, O.F. 2006. Urban Land Use Change Analysis of a Traditional City from Remote Sensing Data: The Case of Ibadan Metropolitan Area, Nigeria. Humanity & Social Sciences Journal. (1): 42- 61
2. Barati et al,2009, Investigation of land use changes under Shahrokh Castle basin using remote sensing technique, 13th year, forty-seventh pages 365-349. (In Persian)
3. Sanainejad, et al., "Using satellite imagery for vegetation studies, comparing different vegetation indices, a case study of Neishabour region, 2008", Proceedings of the 5th National Congress of Agricultural Machinery Engineering and Mechanization, Shahrivar, Mashhad. (In Persian)
4. Ahmadi, Rashid, "The role of land use in creating and intensifying the movements of forest stands", Master Thesis, Faculty of Humanities, 1995, Tarbiat Modares University, 124 pages. (In Persian)
5. Shiravand, Sirus, "Land use change and its effect on surface runoff and groundwater fluctuations (Case study: Najafabad plain)". Thesis of Isfahan University of Technology, 2013, Faculty of Natural Resources. (In Persian)
6. Chio, W., and Deal, B. M., 2008. Assessing Hydrological Impact of Potential Land use Change through Hydrological ang Land use Change Modeling for the Kishwaukee River Basin (USA). Journal of Environmental Management, 86, 1119-1130.
7. Lin, Y. P; Hong, N. M; Wu, P. J; Wu, C. F. and Verburg, P. H. 2007. Impacts of land use change Wu-Tu watershed in Northern Taiwan. Landscape and urban planning. (80): 111-126.
8. Lim, K. J; Engel, B. A; Kim, Y; Bhadori, B and Harbor, J. 2001. Development of the long-term hydrologic impact assessment (LTHIA) WWW systems. This paper was peer- reviewed for scientific content. Pages 1018- 1023. In: D. e. Stott, R.H. Mohtar and G.C. Steinhardt (eds). Sustaining the globl fram. Selected papers from the 10th international soil conservation organization meeting held may 24- 29, 1999 at Purdue University and the USDA- ARS national soil erosion research laboratory.
9. Lim, K. J; Engel, B. A; Tang, Z; Muthukrishnan, S; Choi, J. and Kim, K. 2006. Effects of calibration on L-THIA GIS runoff and pollutant estimation. Journal of Environmental Management. (78): 35-43.
10. Goldavi, Somayeh et al., "Evaluation of the effects of land use change on surface water using L-THIA model in Gorgan region", 2015, Environmental Research, Volume 6, Number 11, Spring and Summer 2015, from pages 131 to 140 . (In Persian)
11. Wafahkhah, Mehdi et al., "The effect of land use change on the amount of runoff in the Chalous River watershed", 2015, Echo Hydrology, Volume 2, Number 2, Summer 94, p. 22. (In Persian)
12. Yaoze,M, Optimal selection and placement of green infrastructure to reduce impacts of landuse change and climate change on hydrology and water quality: An application to the Trail Creek Watershed, Indiana. Science of the Total Environment, 2016. Volume553, 149-163
13. Salman Mahini-A, Hossein Nia-A, Ghasempoori-M, Tavassoli-A, Rezaei-M, "Long-term evaluation of hydrological effects (L-THIA) of land use change on annual runoff at the watershed scale", Geography and Development, 1391. (In Persian)
14. Tang, Z., B. A. Engel, B. C. Pijanowski and K. J. Lim. 2005. Forecasting land use change and its environmental impact at a watershed scale. Journal of Environmental Management 76: 35–45.
15. Beheshti Javid, Ibrahim, "Zoning of flood potential of Balghuluchay catchment". 1390, Master Thesis. Tehran Teacher Training University, Faculty of Geography. (In Persian)
16. Darvishsefat, Ali Asghar, "Environmental Assessment and Planning with Geographic Information Systems (GIS)", 2001, Second Edition, University of Tehran Press. (In Persian)
17. Perumal, K., Bhaskaran, R., 2010, Supervised performance of multispectral images. Journal of Computing, 2 (2): 124-129.
18. Afifi, A.A., Clark, V. 1984, Computer-aided multivariate analysis, Lifetime Learning Pub., 458p.
19. Bronstert, A., Niehoff, D., Bürger, G. 2002, Effects of Climate and Landuse Change on Storm Runoff Generation: Present Knowledge and Modelling Capabilities. Hydrological Processes, 16(2), 509-529.
20. Malmiran, Hamid, "Digital Processing of Satellite Images", 2001, Ministry of Defense and Armed Forces Support Publications, 279 p. (In Persian)
21. Zahedi, Ehsan et al., "Study of land use change and its effect on hydrology of Ziarat Gorgan urban watershed", Proceedings of the 7th National Conference on Watershed Management Science and Engineering, 2011, Faculty of Natural Resources, University of Isfahan. (In Persian)
22. Engel, B. 2005. Long-Term Hydrological Impact Assessment version-2.3. United States Environmental Protection Agency (EPA). Http:/www.ecn.purdue.edu/runoff.
23. Maalim, F. K., Melesse, A. M., Belmont, P., Gran, K. B., 2013. Modeling the impact of land use changes on runoff and sediment yield in the Le Sueur watershed, Minnesota using GeoWEPP. Catena, 107, 35-45.
24. Perry, T. and Nawaz, R. 2008. An investigation into the extent and impacts of hard surfacing of domestic gardens in an area of Leeds, United Kingdom. Landscape and Urban Planning. (86): 1-13.

[1] - کارشناس ارشد گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی ،دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران.

[2] - دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران. ^*(مسوول مکاتبات)

[3] - دانشیار گروه مهندسی آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه لرستان، خرم آباد، ایران.

1- M.Sc. Student, Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, Lorestan University,Khoramabad, Iran.

2- Assistant Professor, Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, Lorestan University, Khoramabad, Iran.* (Corresponding Author)

3- Associate Professor, Department of Watershed Management Engineering, Faculty of Agriculture & Natural Resources, Lorestan University,Khoramabad, Iran.