مدل سازی پیش بینی آینده مجموعه حفاظت شده جاجرود، براساس ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی 30 ساله گذشته با استفاده از نرم افزار InVEST

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده منابع طبیعی و محیط زیست دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات، تهران، ایران

2 دانشکده عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

سابقه و هدف: بررﺳﯽﻋﻤﻠﮑﺮد ﺑﺴﯿﺎری از ﻧﻬﺎدﻫﺎی دﺳﺖ اﻧﺪرﮐﺎر ﺣﻔﺎﻇﺖ از ﻣﺤﯿﻂزﯾﺴﺖ ﺟﻬﺎن، ﻃﯽ دﻫﻪﻫﺎی اﺧﯿﺮ و از ﺟﻤﻠﻪ در اﯾﺮان، نشان می‌دهد ﺗﻤﺮﮐﺰ ﺟﻬﺖﮔﯿﺮیﻫﺎ و ﺳﯿﺎﺳﺖﻫﺎی ﺣﻔﺎﻇﺖ از ﻣﺤﯿﻂزﯾﺴﺖ، به دلیل فقدان اطلاعات دقیق و قابل اتکا، ﺑﯿﺸﺘﺮ متکی ﺑﺮ استفاده از روش‌های دﺳﺘﻮری و ارﺷﺎدی ﺑﻮده و ﮐﻤﺘﺮ از روﯾﮑﺮدﻫﺎی مدیریتی مبتنی بر اطلاعات کمی دقیق استفاده ﺷﺪه اﺳﺖ. در نتیجه، این مطالعه برای درک بهتر روند تغییرات کاربری در بازه زمانی سی سال گذشته (1397-1366) و پیش بینی وضعیت آینده با فرض تداوم روند کنونی و عدم مداخله مدیریت مناسب برای تغییر روند موجود، انجام شده و برای این منظور از چارچوب مدل سازی نرم افزار InVEST  جهت تحلیل وضعیت حال و ترسیم شرایط آتی بهره گیری شده است.  نقشه های حاصله، امکان خوبی را برای استنباط روند تغییرات آتی و اصلاح الگوهای مدیریتی برای بهبود شرایط، از سوی مدیران و تصمیم گیران فراهم می سازد.
مواد و روش ها: در این بررسی، با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست 5، 7 و 8 به ترتیب در سال های 1366، 1379 و 1397 نقشه کاربری اراضی مجموعه حفاظت شده جاجرود، در محیط نرم افزار سنجش از دور ENVI 5.3 و ArcGIS 10.3  استخراج شده است. درستی  و صحت طبقه‎ بندی‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. طبقات کاربری با توجه به هدف مطالعه به 10 واحد کاربری جداگانه، شامل مراتع فقیر، مراتع غنی، جنگل دست کاشت، اراضی کشاورزی، اراضی بایر، سد، مناطق مسکونی، رود، جاده خاکی و آسفالته تقسیم، سپس وضعیت و مساحت هریک از کاربری ها مورد بررسی قرار گرفته است.در نهایت، به منظور دستیابی به وضعیت آتی منطقه، از ابزار سناریو ساز مجموعه نرم افزاری InVEST نسخه 3.6.0 استفاده شده است. این نرم افزار با رویکردی کاملاً جدید و متفاوت، به کمی سازی و تهیه نقشه کاربری اراضی پرداخته، وضعیت آینده نقشه سازی شده و پیش بینی های مربوطه در اختیار قرار گرفته است.
نتایج و بحث: براساس نتایج به دست آمده در 30 سال گذشته، وسعت مناطق مسکونی، جاده ها و نیز جنگل های دست کاشت افزایش، و وسعت پراکنش رودها کاهش داشته است، درنتیجه سطح مراتع فقیر افزایش و مراتع غنی کاهش داشته همچنین تغییرات در اراضی بایر به وضوح قابل مشاهده است. به طوری که وسعت اراضی بایر به دلیل تبدیل شدن به کاربری های انسانی در نقاط مجاور سکونتگاه های انسانی و نیز تبدیل شدن به مراتع فقیر به دلیل وضعیت مطلوب آب و هوایی ازجمله بارش های مناسب، تا سال 1379کاهش یافته است. اما وضعیت اراضی بایر در دوره منتهی به سال 1397، به دلیل وضعیت نامناسب آب و هوایی(خشکسالی) و چرای بی رویه دام و تبدیل شدن مراتع فقیر به اراضی بایر افزایش نشان داده است. اراضی کشاورزی به دلیل مجاورت با سکونتگاه های انسانی، روند افزایشی نشان داده است و سپس به علت افزایش ارزش زمین، به کاربری سکونتگاهی تبدیل و روند کاهشی در پیش گرفته است. احداث و بهره برداری سد ماملو از دیگرکاربری های انسانی دهه گذشته در منطقه بوده است. در واقع به دلیل همجورای منطقه با شهر بزرگ تهران و افزایش روزافزون جمعیت، نیاز به خدمات اکوسیستمی منطقه افزایش داشته در نتیجه کاربری های انسان ساخت جایگزین کاربری های طبیعی شده اند.بررسی وضعیت آینده نیز نشان داد وسعت برخی از کاربری های انسانی، ازجمله مناطق مسکونی و جنگل های دست کاشت، افزایش و به تبع آن مساحت مراتع و اراضی کشاورزی کاهش خواهد داشت. اراضی بایر نیز روند افزایشی نشان داد که حاصل مناسب نبودن الگوی مدیریتی موجود و در نتیجه تبدیل مراتع به زمین های بایر است. درمجموع در بازه زمانی این مطالعه، بیشترین کاهش مساحت را مراتع غنی و بیشترین افزایش در وسعت کاربری را مناطق مسکونی به خود اختصاص داده است.
نتیجه گیری: منطقه حفاظت شده جاجرود طی 30 سال گذشته، به دلیل مداخلات انسانی، دستخوش تغییرات مهمی از نظر کاربری اراضی شده است. چنین تغییراتی عمدتاً ریشه در دگرگونی های اقتصادی و اجتماعی داشته و با فراز و نشیب های مدیریتی در رعایت موازین حفاظتی محدوده و تلاش برای دستیابی به اهداف تعریف شده برای چنین مناطقی همراه بوده است. به گونه ای که تغییرات همیشگی کاربری اراضی طبیعی و جایگزین شدن کاربری های انسانی در سایه اقدامات توسعه ای بی هدف و بی ضابطه، سیمای طبیعی منطقه حفاظت شده جاجرود را مخدوش ساخته است. این مطالعه نشان داد تغییرات خدمات چندگانه اکوسیستم به واسطه تغییرات در پوشش/کاربری اراضی به عنوان محرکه های اصلی تغییرات انسانی عمل خواهد کرد. همچنین با پیش بینی تغییر کاربری اراضی، می توان علاوه بر شناسایی نواحی مناسب برای حفاظت سرمایه های طبیعی، توسعه کاربری های انسانی و بهره برداری پایدار از سرزمین، برنامه ریزی توسعه فضایی را نیز به نحوی پیش برد که ضمن کاهش عدم قطعیت های آتی به تصمیم گیری های آگاهانه و تقویت هم افزایی ها در هر یک از دو بخش محیط زیست و توسعه کمک نماید.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Predictive modeling of the future of the Jajrood protected area, based on the evaluation of land use change trends of the past 30 years by using InVEST software

نویسندگان [English]

  • Shideh Atri 1
  • Mostafa Panahi 1
  • Reza Arjmandi 1
  • Alireza Gharagozlou 2
1 Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Geomatics College of NCC, Shahid Behehshti university, Tehran, Iran
چکیده [English]

Introduction: Reviewing the Function of many environmental conservation organizations over the past decades, including in Iran, shows that the focus of environmental orientations and policies, due to the lack of accurate and reliable information, is more dependent on the application of instructions and guidance methods, and less Quantitative management approaches are used. Therefore, this study is aimed at modeling the process of land use changes in the last thirty years (1987-2018) and predicting the future status in case of continuation of the current trend and using improper management patterns. For this purpose, the InVEST software is used to analyze the present situation and to draw future conditions. The results in map form provide a good opportunity for managers and decision-makers to infer trends in future changes and modify management patterns to improve conditions. 
Material and methods: In this study, satellite images of Landsat 5, 7 and 8 According to years 1987, 2000 and 2018, were used for land use mapping in Jajrood protected area through extraction in ENVI 5.3 remote sensing software and ArcGIS 10.3 software. The accuracy of the classifications has been evaluated. According to the purpose of the study the area of study is divided into 10 user units. These units include poor rangelands, rich rangelands, planted forests, agricultural lands, barren lands, dam, residential areas, rivers, dirt and paved roads and the status and area of each user unit was determined.Finally, the scenario generator model of the InVEST software version 3.6.0., which uses a completely new approach to quantify and map, was applied in mapping the status of the future.
 Results and discussion: According to the results of the past 30 years, the extent of residential areas, roads and planted forests has increased, and the extent of river distribution has decreased, as a result poor rangelands increased and rich rangelands decreased as well as changes in barren lands was clearly visible. So that, the extent of the barren lands has declined by the year 2000 due to the conversion  to man-made use  (near residential areas) and poor rangelands (due to favorable weather conditions, including suitable rainfall). The situation in the Barren areas during the period ending in 2018 has increased due to the bad weather (drought) and the irregular grazing of livestock and the conversion of poor rangelands into the Barren areas. The agricultural lands have increased over a period of time due to its proximity to residential areas and then a downward trend has taken place due to increasing land value. In recent years, the Mamlou Dam has also been constructed and operated in the area. In fact, because of Jajrood's proximity to large city of Tehran and the increasing population, the need for ecosystem services in the area has increased, and man-made uses being replaced natural land uses.Future forecasts showed that the extent of planted forests, barren and residential areas would increase; rangelands and agricultural lands would decrease. During the study period, rich rangelands marked as the most reduced area and residential areas marked as the most increased area.
Conclusion: The Jajrood Protected Area has undergone significant land use changes over the past 30 years due to human intervention. These changes have been caused by economic and social changes. It has been accompanied by management challenges in adherence to safeguards and efforts to achieve the defined goals for such areas. The changes of natural land use and the replacement of man-made use in the face of unnecessary development have undermined the natural landscape of the Jajrood Protected Area. This study showed that changes in multiple ecosystem services will act as major drivers of human change through changes in land cover / land use.In addition to identifying land use change, identifying suitable areas for natural capital conservation, man-made use development and sustainable land use, spatial development planning can be carried out in a way that reduces future uncertainties. It will result in making informed decisions and foster synergies in both environmental and development sectors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • InVEST model
  • Jajrood protected area
  • Land use
  • Modelling
  • Scenario generator
  • Satellite images

مراجع

Adamowicz, W., 1995. Stated preference approaches for measuring passive use values: choice experiment versus contigent valuation. Department of Rural Economy Faculty of Agriculture, Forestry, and Home Economics University of Alberta Edmonton, Canada Rural Economy Staff Papers.
Boniad, A.E. and Hajighaderi, T., 2008. Mapping of natural forest stands of Zanjan province using landsat 7ETM+ sensor data. Science and Technology of Agriculture and Natural Resources .
42(11), 627-638. (In Persian with English abstract).
Darvish Sefat, A.A. and Shetaii, Sh., 1997. Forest mapping using ETM+ data. Iranian Journal of Natural Resources. 50, 39. (In Persian with English abstract) .
Dewan, A.M. and Yamaguchi, Y., 2009. Land use and land cover change in greater Dhaka, Bangladesh: using remote sensing to pomote sustainable urbanization, Applied Geography. 29, 390-401.
Doregar Zavareh, R., Fakheran Esfahani, S., Soffianian, A., Hemami, M.R. and Sheikh Goodarzi, M., 2012. Human conflicts in Khojir national park. In Proceeding 1th National Environmental Planning Congress, 22 th Feb, Tehran. (In Persian with English abstract).
Falahatkar, S., Soffianian, A.R., Khajeddin, S.J., Ziaee, H.R. and Ahmadi Nadoushan, M., 2011. Integration of remote sensing data and GIS for prediction of land cover maps. International Journal of Geomatics and Geosciences. 1(4), 847-864. (In Persian with English abstract).
Ghahremani Rhad, M. and Mokhtari, A., 2016. Land use/land cover change detection techniques using satellite images. In Proceedings Internatinal Conference on Urban, Civil and Architectural Engineering, June, Tehran, Iran. (In Persian with English abstract)
Ghasriani, F., Yaghubi Nejad, A., Bali, S., Ramin, M., Shirzad, M., Bi Ria, F., Pazireh, M., Asl Eskandar, S. and Ahadi Fakher, M., 2018. An Introduction to the Regions under Supervision the Head Office of Environment, Department of the Enviroment, Tehran, Iran.
Goljani, R., 2010. Modeling on desirability related to autumn habitat of central alborz wild sheep in Jajrood protected area. Iran Natural Resources. 63(2), 173-186. (In Persian with English abstract).
Gross, J.E., Goetz, S.J. and Cihlar, J., 2009. Application of remote sensing to parks and protected area monitoring: Introduction to the special issue. Remote Sensing of Environment. 113, 1343–1345.
Guan, D., Li, H., Inohae, T., Su, W., Nagaie, T. and Hokao, K., 2011. Modeling urban land use change by the integration of cellular automaton and Markov model. Ecological Modelling. 222 (20–22), 3761-3772.
Hashemi, N. and Nejadi, A., 2016. Application of remote sensing and geographic information systems in extracting land use maps (case study: Jajrood protected area). In Proceedings 2th International Conference of Lale-Iran, 26 th -27 th Oct, Isfahan University of Technology, Iran. (In Persian with English abstract).
Hashemi, N. and Yavari, A.R., 2013. Identifying priority protected areas by land use modeling, case study: Jajrood protected area, Master of Science Thesis. University of Tehran, Iran.
Hayatzadeh, M., Ekhtesasi, M.R., Malekinejad, H. and Fathzadeh, A., 2016. Monitoring and evaluation of land use change in Fakhrabad watershed in Mehriz, using remote sensing. In proceedings 11th National Conference on Watershed Management Sciences and Engineering of Iran, 19th-21th April, Yasouj, Iran. 467.
He, C., Okada, N., Zhang, Q., Shi, P. and Zhang, J., 2011. Modeling urban expansion scenarios by coupling cellular automata model and system dynamic model in Beijing, China, Applied Geography. 26, 323-345 .
Imani Harsini, J., Kaboli, M., Feghhi, j. and Taherzadeh, A., 2017. Land use/ land cover chande modeling using Markov chain and cellular automata (case study: Hamedan Province). Journal of Environmental Science and Technology. 19, 120-129. (In Persian with English abstract).
Jaafari S., Alizadeh Shabani A., Danehkar A. and Nazari Samani A.A. 2012. Assessment of development trend in protected areas (case study: Jajroud protected area). Journal of Environmental Management and Planning. 3, 1701-1717. (In Persian with English abstract).
Jia, Y., Ge, Y., Ling,., F., Guo, X., Wang, J., Wang, L., Chen, Y. andLi, X., 2018. Urban land use mapping by combining remote sensing imagery and mobile phone positioning data. Remote Sensing Journal. 10, 446.
Lee, Y. and Chang, H., 2011. The simulation of land use change by using CA-Markov model: a case study of Tainan city, Taiwan. 19 th International Conference on Geoinformatics, 24 th -26 th June,China .
Malczewski, J., 2004. GIS-based land use suitability analysis: A critical overview. Progress in planning. 62(1), 3-65.
Mallawaarachchi, T., Morrison, M. and Blamey, R.K., 2006. Choice modelling to determine the significance of environmental amenity and production alternatives in the community value of peri-urban land: Sunshine Coast, Australia. Land use policy. 23(3), 323-332.
Mallupattu, P.K. and Sreenivasula Reddy J.R. 2013. Analysis of land use/land cover changes using remote sensing data and GIS at an urban area, Tirupati, India. The Scientific World Journal. 2013, 1-7.
Mesbahzadeh, T. and Soleimani Sardoo, F., 2019. Effects of land use change on agricultural water quality in Kerman Plain using remote sensing technique. Environmental Sciences Journal.16, 33-46. (In Persian with English abstract).
Rafiee, Y., Malek Mohammadi, B., Abkar, A., Yavari, A., Ramezani Mehrian, M. and Zohrabi, H., 2011. Investigation of environmental changes in wetlands and protected areas by using multi-time images of TM sensor (case study: Nairiz wetland). Environment, 37 (57), 65-76. (In Persian with English abstract).
Rahdary, V., Soffianian, A., Maleki Najfabdai, S., Khajeddin, S.J., and Pahlavanravi. 2008. Land use and land cover change detection of Mouteh wildlife refuge using remotely sensed data and geographic information system. World Applied Sciences Journal. 1, 113-118. (In Persian with English abstract).
Rasouli, A., Abbasian, S.H. and Jahanbakhsh, S., 2008. Monitoring the water level fluctuations of Lake Urmia using multi-satellite and multi-time satellite image processing. Quarterly Journal of Humanities. 12(2),53-71. (In Persian with English abstract).
Razavi, B.S., 2014. Predicting the trend of land use change using artificial neural network and Markov chain model (case study: Kermanshah city). Research Journal of Environmental and Earth Science. 6(4), 215-226. (In Persian with English abstract).
Rezaei, B., Rostamzadeh, H. and Feizizadeh, B., 2007. Investigation and evaluation of trend of forest surface change using remote sensing and GIS (case study of Arasbaran forests 1987-2005). Geographical Research. 62, 143-159. (In Persian with English abstract).
Saaty, T.L., 1977. A scaling method for priorities in hierarchical structures. Journal of Mathematical Psychology. 15, 234-281.
Salehi, A., Negahban, S. and Jaafarian Dehkordi, Z., 2010. Study and examination of the effects of urban development on the environment, Geographical Information Journal (Sepehr). 76, 29-33.
Sánchez-Reyes, U.J., Niño-Maldonado, S., Barrientos-Lozano, L. and Treviño-Carreón, J., 2017. Assessment of land use-cover changes and successional stages of vegetation in the natural protected area, Altas Cumbres, northeastern Mexico, using landsat satellite imagery. Remote Sensing Journal. 9, 1–33.
Singh, P. and Khanduri, K., (2011). Land use and land cover change detection through Remote Sensing and GIS technology: case study of Pathankot and Dhar Kalan Tehsils, Punjabl. International Journal of Geomatics And Geosciences. 4, 839-846 .
Tsuyoshi, K., Murakami, T., Mizoue, N., Top, N. and Yoshida, S, .2009. Object-based forest biomass estimation using landsat ETM+ in Kampong Thom Province, Cambodia. Journal of Forest Research. 14( 4), 203-211 .
Yusefiroobiat, E. and Jahanishakib, F., 2019. Scenario-based validation and prediction of land use changes in Birjand watershed in 1404. Environmental Sciences.17(2), 225-241 . (In Persian with English abstract).
Vissan Consulting Engineers Company, 2012. Detailed study of Jajrood protected collection, 5th volume, Department of the environment, Tehran, Iran. (In Persian with English abstract).
Wang, Y., Mitchell., B.R., Nugranad-Marzilli, J., Bonynge, G., Zhou, Y. and Shriver, G., 2009. Remote sensing of land-cover changes and landscape context of the national parks: A case study of the northeast temperate network. Remote Sensing of Environment. 113, 1453–1461.
Zarandian, A., Moosazadeh, R., Badamfirooz, J. and Rahmati, A., 2018. Scenario modeling for predicting future land cover / land use changes using InVEST software (Case study: Two thousand and three thousand forest landscape). Environmental Sciences Journal.16(2),111-132. (In Persian with English abstract).
Zebardast, L., Jafari, H., Badeh Yan, Z. and Ashegh Maala, M., 2010. Evaluation of landscape change trends in Arasbaran protected area between 2002, 2008 and 2008 using satellite images. Journal of Environmental Research. 1, 23-33. (In Persian with English abstract).
Zebardast, L., 2011. Evaluation of Anzali wetland trends by using remote sensing and management solution. Journal of Environmental Studies. 37(57), 57-64.
فصلنامه علوم محیطی
دوره 19، شماره 1
فروردین 1400
صفحه 219-238

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار