ارزیابی نقش کاربری اراضی بر تغییرات کیفیت آب زیرزمینی در حوضه لاجان

اکوسیستم های طبیعی ایران

مقاله 7، دوره 8، شماره 2، شهریور 1396، صفحه 83-99   

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

رحمان محمود حسن¹؛ محمود حبیب نژاد روشن^{* 2}؛ لیلا غلامی¹

¹گروه مهندسی ابخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

²گروه مهندسی آبخیزداری، انشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

کاربری اراضی موجب تغییراتی در کیفیت آب شده و بنابراین مطالعه حاضر تغییرات کاربری اراضی در سال‌های 1380 تا 1395 در حوضه آبخیز لاجان جنوب استان آذربایجان غربی با استفاده تصاویر ماهواره لندست 5 و 8 با سنجنده‌های TM و OIL و سیستم اطلاعات جغرافیایی انجام شد. نتایج نشان داد که سطح مراتع و دیم به‌ترتیب 05/135 و 16/26 کیلومترمربع کاهش یافت، اما سطح کشاورزی آبی، اراضی مسکونی و اراضی باغی به‌ترتیب 75/112، 28 و 37/20 کیلومترمربع افزایش یافت. سپس 22 چاه منطقه به منظور کیفیت منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان در دو سال 1380 و 1395 جهت بررسی تغییر کاربری اراضی و پارامترهای کیفیت شیمیایی آب شامل باقی‌مانده املاح، اسیدیته، هدایت الکتریکی، بی‌کربنات، کلر، سولفات، منیزیم، کلسیم، سدیم، پتاسیم، نسبت جذب سدیم و سختی کل انتخاب گردید. غلظت یون‌های اصلی و غلظت املاح محلول توسط روش‌های استاندارد اندازه‌گیری گردید. در نهایت عوامل مؤثر بر کیفیت نمونه‌های مورد مطالعه و کیفیت منابع آب زیرزمینی برای کاربردهای مختلف در هر دو سال ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان دارای تیپ بی کربناته بودند. نمودار ویلکاکس نشان داد که بیش‌تر نمونه‌ها در رده‌ مطلوب برای بخش کشاورزی قرار داشتند و نمودار شولر نیز بیان نمود که منابع آب زیرزمینی از نظر کاربرد شرب در دامنه خوب تا عالی و قابل شرب بودند. هم‌چنین نتایج نشان دادند که تغییرات کیفیت آب وابسته به تغییرات کاربری اراضی رخ داده نبوده است.

کلیدواژه‌ها

آب زیرزمینی؛ حوضه لاجان؛ کاربری اراضی؛ کیفیت آب

اصل مقاله

ارزیابی نقش کاربری اراضی بر تغییرات کیفیت آب زیرزمینی در حوضه لاجان

 

رحمان محمودحسن[1]، محمود حبیب نژاد روشن[2]^* لیلا غلامی[3]

تاریخ دریافت :  30/01/96   تاریخ پذیرش : 15/05/96

 

 

 

چکیده

کاربری اراضی موجب تغییراتی در کیفیت آب شده و بنابراین مطالعه حاضر تغییرات کاربری اراضی در سال‌های 1380 تا 1395 در حوضه آبخیز لاجان جنوب استان آذربایجان غربی با استفاده تصاویر ماهواره لندست 5 و 8 با سنجنده‌های TM و OIL و سیستم اطلاعات جغرافیایی انجام شد. نتایج نشان داد که سطح مراتع و دیم به­ترتیب 05/135 و 16/26 کیلومترمربع کاهش یافت، اما سطح کشاورزی آبی، اراضی مسکونی و اراضی باغی به­ترتیب 75/112، 28 و 37/20 کیلومترمربع افزایش یافت. سپس 22 چاه منطقه به منظور کیفیت منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان در دو سال 1380 و 1395 جهت بررسی تغییر کاربری اراضی و پارامترهای کیفیت شیمیایی آب شامل باقی­مانده املاح، اسیدیته، هدایت الکتریکی، بی‌کربنات، کلر، سولفات، منیزیم، کلسیم، سدیم، پتاسیم، نسبت جذب سدیم و سختی کل انتخاب گردید. غلظت یون‌های اصلی و غلظت املاح محلول توسط روش‌های استاندارد اندازه‌گیری گردید. در نهایت عوامل مؤثر بر کیفیت نمونه‌های مورد مطالعه و کیفیت منابع آب زیرزمینی برای کاربردهای مختلف در هر دو سال ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان دارای تیپ بی کربناته بودند. نمودار ویلکاکس نشان داد که بیش­تر نمونه‌ها در رده‌ مطلوب برای بخش کشاورزی قرار داشتند و نمودار شولر نیز بیان نمود که منابع آب زیرزمینی از نظر کاربرد شرب در دامنه خوب تا عالی و قابل شرب بودند. هم­چنین نتایج نشان دادند که تغییرات کیفیت آب وابسته به تغییرات کاربری اراضی رخ داده نبوده است.

 

کلمات کلیدی: آب زیرزمینی، حوضه لاجان، کاربری اراضی، کیفیت آب

 

 

مقدمه

عواملی همچون رشد جمعیت، نیاز به غذای بیش­تر، ضرورت ارتقای سطح بهداشت و رفاه اجتماعی، توسعه صنعتی و حفاظت اکوسیستم‌ها، تقاضای آب را روزبه‌روز بیشتر می‌کند. با توجه به رشد جمعیت در ایران و اینکه سرانه منابع آب تجدیدشونده سالانه در سال ۱۳۳۵ حدود ۷۰۰۰ مترمکعب بوده و سال ۱۳۷۵ به ۲۰۰۰ مترمکعب کاهش‌یافته و پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۱۴۰۰ این رقم تا  حدود ۸۰۰ مترمکعب کاهش یابد که پایین‌تر از مرز کم‌آبی یعنی ۱۰۰۰ مترمکعب است. با توجه به تقسیم‌بندی سازمان ملل متحد، در سال مذکور ایران نه‌تنها شرایط تنش و فشار ناشی از کمبود آب را تجربه خواهد کرد، بلکه وارد شرایط کمیابی شدید آب می‌گردد (13). تغییر در کاربرى زمین در نتیجه اثر متقابل عوامل زیادى مانند سیاست، مدیریت، اقتصاد، فرهنگ، رفتار انسانى و محیط است. آگاهى از چگونگى رخداد تغییرات کاربرى بسیار مهم است به دلیل اینکه فرایندهاى مربوط به برخورد و تماس بشر با طبیعت می­تواند اثرات گسترده­ای بر محیط، تغییر چرخه‌های هیدرولوژیک، بیوژئوشیمیایى، اندازه و آرایش بوم‌های طبیعى مانند جنگل و تنوع گونه‌ها بگذارد (14). تغییرات کاربری اراضی، بهره‌برداری بیش ‌از حد خاک، استفاده مداوم از منابع آب سطحی و زیرزمینی اثرات منفی معنی‌داری بر محیط‌زیست دارد (22). با استفاده کاربری اراضی می‌توان اطلاعات اساسی درباره ویژگی‌های زمین و فعالیت‌های مختلف برای تجزیه و تحلیل نحوه استفاده از زمین در وضع موجود پی برده و برنامه‌ریزی­های لازم برای آینده انجام گردد (5). بررسی فعالیت‌های انسانی بر منابع آب زیرزمینی به‌عنوان وسیله و ابزاری کارآمد برای تشخیص مناطق تحت تأثیر و اعمال فعالیت‌های حفاظتی جهت حفظ کیفیت آب این مناطق مورد توجه می‌باشد. ارزیابی طبقات کاربری و نرخ تغییرات کاربری اراضی/ پوشش سرزمین همبستگی آن با منابع آب زیرزمینی برای درک صحیح مشکلات محیطی موجود در منطقه ضروری است (19). مطالعه کمیت و کفیت این منابع و رابطه خاص آن با ویژگی‌های سطح زمین، کمترین و حداقل تلاش در مورد حفاظت از این منابع ارزشمند خواهد بود (21). مطالعات زیادی در ارتباط با تاثیر تغییر کاربری بر کیفیت آب صورت گرفته است، چن با هدف بررسی تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر منابع آب زیرزمینی در منطقه بیابانی سانگ سونگ از عکس‌های هوایی سال ١٩٧٨، تصاویر ماهواره‌ای TM و ETM سال‌های ١٩٧٨ و ١٩٩٨ و اطلاعات هیدرولوژیکی استفاده نمودند. نتایج ایشان نشان داد که سطح آب زیرزمینی کاهش داشته است و علت آن را به مناطق شهری و صنعتی نسبت دادند (7). آندارد و همکاران اثراتی که کاربری اراضی بر کیفیت شیمیایی آب زیرزمینی در یک آبخوان آبرفتی با استفاده از آنالیز خوشه‌ای و آنالیز مؤلفه اصلی را بررسی کردند. ایشان بیان کردند که مهم‌ترین فاکتور مسبب در کیفیت آب زیرزمینی کم‌عمق فرآیند هیدروشیمیایی می‌باشد (1). چایدمباران و همکاران در مادورای جنوب هند با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی به بررسی اثر الگوهای کاربری اراضی بر کیفیت منابع آب زیرزمینی پرداختند. ایشان بیان کردند که روش چند پارامتری فعلی با استفاده از GIS و سنجش ‌از دور کاربردی بوده و زمان و هزینه در طبیعت را برای شناسایی مناطق آب‌های زیرزمینی قابل شرب به حداقل می‌رساند (8). سینگ و همکاران در پژوهشی تغییرات کاربری اراضی و پوشش سرزمین بر منابع آب زیرزمینی را با استفاده از روش­های سنجش ‌از دور و GIS ارزیابی نمودند. ایشان از تصاویر سنجنده های IRS و LISS و اطلاعات کمی و کیفی آب زیرزمینی در طول 17 سال استفاده نمودند. نتایج نشان داد که کمیت و میزان آب زیرزمینی با استفاده از شارژ طبیعی و مصنوعی به علت افزایش تغییر در استفاده از زمین و تغییر در الگوی پوشش زمین افزایش ‌یافت (19). کاستیلو و همکاران در حوضه آبخیز ساحلی رودخانه آرانساز تگزاس تغییرات کاربری، پوشش اراضی و الگوهای بارندگی بر انتقال رسوب و کیفیت آب رودخانه را بررسی کردند. نتایج آن‌ها نشان داد که در مقیاس حوضه آبخیز تغییرات اقلیمی نسبت به تغییرات کاربری تأثیر بیش­تری بر انتقال رسوب و کیفیت آب داشت (6). ابراهیمی و همکاران به بررسی احتمال تغییر کاربری اراضی در اثر آبیاری با آب‌های زیرزمینی با کیفیت‌های نامطمئن و در منطقه‌ای به وسعت تقریبی 2500 کیلومترمربع واقع در شمال استان خوزستان پرداختند. نتایج مطالعات آن­ها نشان داد که آلاینده‌های نقطه‌ای به‌شدت موجب شوری آب‌های زیرزمینی شده و چنان­چه عوامل این مسئله ریشه‌یابی شود و راهکار مناسب در مورد آن‌ها اعمال گردد، احتمال دارد که بسیاری از منابع عامل شوری آبخوان منطقه برطرف گردد (9). طباطبایی و همکاران در ارزیابی تغییرات کاربری اراضی بر کیفیت آب زیرزمینی دشت شهرکرد نشان دادند که تفاوت بین میزان غلظت نیترات، آمونیوم و هدایت الکتریکی در مناطق کشاورزی و شهری در سطح اطمینان پنج درصد معنی‌دار بود. ایشان هم­چنین بیان نمودند که تفاوت بین مقدار نیترات در فصول مختلف سال نیز در سطح یک درصد معنی‌دار بود (20). سلاجقه و همکاران تغییرات کاربری اراضی و آثار آن بر کیفیت آب رودخانه در حوضه آبخیز کرخه با استفاده از سنجنده های TM و ETM ماهواره لندست را ارزیابی نمودند. انتایج نشان داد که تغییرات کاربری اراضی به سمت کاهش اراضی مرتعی، جنگلی، باغها و اراضی زراعی و افزایش اراضی بایر، پیش رفته است. از سوی دیگر بررسی کیفیت آب رودخانه کرخه کاهش شدید کیفیت آب به صورت افزایش در مشخصه­های هدایت الکتریکی^[4]، غلظت املاح محلول^[5]، نسبت جذب سدیم^[6] و آنیون­ها و کاتیون­ها در دوره مطالعاتی را نشان داد. هم­چنین نتایج ایشان حاکی از کاهش کیفیت آب رودخانة کرخه در نتیجه تغییرات کاربری اراضی است (18). رحمتی و همکاران اثر کاربری اراضی و سنگ‌شناسی بر کیفیت آب چشمه‌های حوضه آبخیز پیرانشهر را بررسی کردند. نتایج تحلیل‌های آماری نمونه آب چشمه‌ها نشان داد که پارامترهای EC،TDS ،CO₃ ،HCO₃ ،Cl ، Ca، Mg و TH در سازندهای مختلف منطقه مورد مطالعه اختلاف معنی‌داری دارند. نتایج کلی ایشان نشان داد که عامل سنگ‌شناسی تاثیر بیش­تری نسبت به عامل کاربری اراضی بر کیفیت آب چشمه‌های حوضه آبخیز پیرانشهر  داشت (15).

با بررسی منابع انجام شده می‌توان نتیجه گرفت که نقش کاربری اراضی در تغییر کیفیت منابع آبی بسیار مهم است و بایستی مورد بررسی قرار گیرد در این راستا استفاده ازGIS  نیز می‌تواند منبع مناسبی برای تهیه نقشه کاربری اراضی و هم­چنین مطالعات آب‌های زیرزمینی، آب‌های سطحی و رواناب  باشد. از طرف دیگر تغییر کاربری اراضی تأثیر بسیار زیادی بر کیفیت و کمیت آب‌های سطحی داشته و بر بیلان آب زیرزمینی و مقدار رواناب و افزایش حجم دبی اثرگذار بوده که می‌توان با بررسی تغییرات کاربری اراضی، اثرات آن را بر کیفیت آب زیرزمینی مشاهده کرد. در حوضه آبخیز لاجان، آب‌های زیرزمینی نقش مهمی را در تأمین آب شرب، کشاورزی ایفا می‌کند با توجه به فعالیت وسیع کشاورزی و تنوع واحدهای سنگ‌شناسی منطقه، مطالعه منابع آب زیرزمینی این دشت از لحاظ کمی و کیفیت دارای اهمیت زیادی می­باشد. هم­چنین اعمال محدودیت‌های بیش­تر در تبدیل اراضی دیمی به آبی و شناسایی مناطق دارای آب با کمیت و کیفیت مناسب جهت شرب و کشاورزی برای توسعه پایدار منطقه از اهمیت اساسی برخوردار می‌باشد.

 

موقعیت منطقه مورد مطالعه

حوضه لاجان با وسعت 1556 کیلومترمربع در جنوب استان آذربایجان غربی بین طول‌های ''02 '57°44 و ''33 '11 °45 شرقی و ''02'40 °36  تا ''50 '53 °36 عرض شمالی واقع ‌شده است. که از شمال به شهرستان نقده و اشنویه، از شرق به شهرستان مهاباد، از غرب به بخش مرکزی شهرستان پیرانشهر و اقلیم کردستان عراق و از جنوب بخش مرکزی منتهی می­گردد. متوسط بارندگی 650 میلی متر در سال و اقلیم آن جزء نواحی نیمه خشک و سرد و میانگین ارتفاع لاجان از سطح دریا حدود 1460 متر می‌باشد. بیش­تر حوضه لاجان در شهرستان پیرانشهر واقع‌شده است و این حوضه دارای چهار رودخانه دائمی به نام‌های چوم گده، چوم لاوین، بارژیان و آوجار و چندین رودخانه فصلی می‌باشد که همه آن‌ها به رودخانه زاب کوچک (کلوه) می­ریزند. سمت غرب و جنوب غربی حوضه به­علت وجود کوهستانهای مرتفع، ارتفاع قابل ملاحظه­ای نسبت به مناطق پایین دست دارد. بیش­تر اراضی لاجان را مراتع تشکیل می ‌دهند. کشاورزی غالب در منطقه را گندم، نخود و چغندرقند بوده که درسال‌های اخیر بیش­تر اراضی کشاورزی آبی منطقه زیر کشت چغندر قند قرار گرفته است.

مواد و روش­ها

داده‌های ماهواره­ای

در انجام پژوهش حاضر از تصاویر سنجنده TM و OLI سری ماهواره­های لندست پنج و هشت  برای سال‌های 1380 و 1395 استفاده شد. بنابراین در گام اول 2 تصویر  برای سال‌های 1380 و 1395 از سایت سازمان زمین­شناسی ایالات متحده آمریکا با فرمت Geo TIFF با داده L1T برای هر باند با سیستم مختصاتWGS84 UTM به صورت جداگانه فراهم شد. تصحیحات هندسی با استفاده از نقاط کنترل زمینی و مدل ارتفاع رقومی برای انحرافات مرتبط با سنجنده، ماهواره و زمین انجام شد. پس از تهیه تصویر مورد نظر ابتدا اقدام به اعمال تصحیحات مورد نیاز اتمسفری و هندسی در مرحله پیش­پردازش شد. سپس نقشه کاربری اراضی تهیه گردید که شکل 1 فرایند تهیه نقشه کاربری اراضی در تحقیق حاضر را نشان می‌دهد.

 

آزمون آماری

به‌منظور بررسی ویژگی‌های هیدروشیمیایی منابع آب زیرزمینی، انتخاب ایستگاه‌های نمونه‌برداری مناسب، ضروری بود. بنابراین، در مرحله اول داده‌های کیفیت آب اندازه‌گیری شده در شهریورماه سال­های 1380 و 1395 توسط سازمان آب منطقه‌ای استان تهیه و محل دقیق چاه‌های آب تعیین گردید. سپس نمونه‌ها بر اساس توزیع مناسب آن‌ها در محدوده‌ی مورد مطالعه، ارتباط با اراضی کشاورزی و مناطق مسکونی انتخاب شدند و در نهایت، تعداد 22 ایستگاه تعیین شد. موقعیت ایستگاه‌های نمونه‌برداری و نوع کاربری آن‌ها در جدول 1 ارائه‌شده است. پارامترهای کیفیت شیمیایی آب بررسی‌شده در این مطالعه شامل باقیمانده املاح باقی­مانده، اسیدیته، هدایت الکتریکی، کل آنیون‌ها، کل کاتیون‌ها و نسبت جذب سدیم می‌باشند.

 

شکل 1 فرایند تهیه نقشه کاربری اراضی در پژوهش حاضر

 

 

 

جدول 1- موقعیت چاه­های انتخابی در حوضه ابخیز لاجان

نوع کاربری (منع آب زیرزمینی)	عرض جغرافیایی	طول جغرافیایی		نام چاه		ردیف
عمیق	4079215		514145		جلدیان	1
عمیق	4179946		520959		سروکانی	2
عمیق	4073182		522076		اندیزه	3
نیمه عمیق	4069701		527541		سرین چاوه	4
عمیق	4066102		514807		رزگاری	5
عمیق	4069020		520863		کیله سیپان	6
عمیق	4077462		518427		اراضی سروکانی	7
عمیق	4078191		516515		سه راهی پسوه	8
نیمه عمیق	4072236		527058		پسوه	9
عمیق	4071840		520946		کیله بالابان	10
عمیق	4077577		515478		کلیج	11
عمیق	4072703		524740		گرد کسیان	12
چشمه	4073679		529811		کانی رش پسوه	13
عمیق	4067035		529875		خزنج	14
عمیق	4076136		518545		شهرک گلخانه	15
عمیق	4066102		514807		دربکه	16
چشمه	4060440		511325		کهنه خانه	17
آرتزین	4053553		513151		گزگسک	18
عمیق	4060330		514425		شین آباد	19
نیمه عمیق	4057254		516052		جران	20
عمیق	4050532		517799		چیانه	21
عمیق	4057875		513372		کاسوره دره	22

 

نتایج

استخراج نقشه کاربری اراضی

تصحیح هندسی تصاویر

تصاویر اولیه داده­های ماهواره­ای بنا به دلایل مختلفی از قبیل گردش زمین و تغییر در ارتفاع ماهواره دارای هندسه و موقعیت ناصحیح پیکسل­ها نسبت به هم بوده که از لحاظ منشا به سه دسته خطای ناشی از سکو، خطای ناشی از سنجنده (شامل خطای پانورما^[7] و خطای جابجایی دسته­های خطوط اسکن^[8]) و خطای ناشی از کره زمین (شامل جابجایی ناشی از پستی و بلندی^[9] و خطای ناشی از چرخش کره زمین^[10]) تقسیم می­شوند (17). بنابراین برای اینکه بتوان داده­های مختلف را پردازش و تفسیر کرد، ابتدا باید تصاویر چندزمانه و چند طیفی به یک سیستم مختصات واحد تبدیل شوند. به‌طور کلی روش­های تصحیح هندسی به دو دسته روش جزء به جزء و روش کلی تقسیم می­گردد. در روش جزء به جزء هر خطا تا حد امکان به‌طور دقیق مدل شده و سپس به هر پیکسل اعمال می­گردد. با توجه به اینکه ممکن است بسته به نوع سنجنده خطا­های مختلفی وجود داشته باشد این روش کاملا وابسته به سنجنده است و مدل­های به کار رفته در آن از سنجنده­ای به سنجنده دیگر متفاوت است. روش کلی با ایجاد رابطه­ای ریاضی میان فضای تصویر (دارای خطا) و فضای نقشه (فرض بدون خطا) ضمن انتقال مختصات سطر و ستون تصویر به مختصات واقعی، سعی در مدل نمودن خطاهای هندسی می‌کند. این کار با تعیین چند نقطه و تعیین مختصات آن‌ها در سیستم مختصات نقشه و تصویر انجام می­شود (10 و 13). هدف از تصحیح هندسی تصاویر ماهواره­ای تغییر سیستم مختصات اجزای تصویر و تطابق آن با تصاویر تصحیح شده یا نقشه­های متناظر است (3). در تحقیق حاضر تصاویر سنجنده TM و OLI سری ماهواره‌های لندست پنج و هشت موجود در آرشیو داده­ها دارای تطابق هندسی مناسبی بوده که تطابق دقیق نقشه آبراهه­های استخراج شده از نقشه­های توپوگرافی با این تصاویر گواه بر این موضوع است.

 

تصحیح رادیومتریک

تصاویر خام سنجش ‌از دور همیشه دارای خطایی در مقادیر ثبت شده برای پیکسل­ها می­باشند که به خطای رادیومتریک معروف است. انجام این تصحیح در اغلب موارد و به خصوص برای داده­های قدیمی کار بسیار سختی است. تصحیحات اتمسفری که یکی از تصحیحات رادیومتریک است در سنجش‌ از دور از ضروریات است (3). اتمسفر بخشی از انرژی الکترومغناطیس را از خود عبور داده و بخشی دیگر توسط مولکول­های موجود در اتمسفر جذب می­شود. جذب انرژی در برخی از بخش‌های طیف الکترومغناطیس بسیار زیاد بوده و در برخی دیگر پایین است. به آن قسمت از طیف الکترومغناطیس که جذب اتمسفری در آن‌ها در پایین­ترین سطح قرار دارد پنجره­های اتمسفری^[11] می­گویند. در تحقیق حاضر جهت تصحیحات رادیومتریک از روش کواک استفاده شد. سپس در قسمت پردازش اقدام به طبقه­بندی با توجه به وضعیت منطقه شامل 5 کلاس اراضی کشاورزی آبی، مراتع، اراضی دیم، اراضی باغی و اراضی مسکونی با استفاده از روش طبقه­بندی نظارت شده بر اساس الگوریتم حداکثر احتمال شد. به‌طور کلی، فرایند انجام تحقیق مبتنی بر مراحلی است که به صورت شماتیک در شکل 2 نشان داده شده است. همانطور که شکل2 نشان می­دهد تصاویر پس از اعمال تصحیحات هندسی و اتمسفری با یکدیگر موازییک شدند و سپس منطقه مورد مطالعه شکل گرفت. در مرحله بعد منطقه مورد مطالعه از کل تصویر برش داده شد. سپس از طریق نمونه­گیری، با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال طبقه­بندی صورت گرفت. در نهایت ماتریس خطا طبقه­بندی شد و میزان صحت­سنجی هر یک از پوشش­ها نیز بدست آمد که در ادامه مورد تشریح و تفسیر قرار می­گیرد.

طبقه­بندی کاربری اراضی                           در پژوهش حاضر از الگوریتم حداکثر احتمال در نرم­افزار ENVI 5.1  به­منظور طبقه­بندی تصاویر استفاده شد، تا بدین­وسیله پوشش اراضی مختلف از یکدیگر جدا شوند. بنابراین نمونه­های تعلیمی از طبقات مختلف در نظر گرفته شده تهیه و طبقه­بندی براساس آن‌ها انجام شد. شکل­های 2 و 3 نقشه­های کاربری اراضی حوضه لاجان را برای سال‌های 1380 و 1395 نشان می­دهند.

 

 

 

شکل 2 نقشه کاربری اراضی برای سال 1380

 

شکل 3 نقشه کاربری اراضی برای سال 1395

  

 

مساحت هر یک از کلاس­ها مربوط به نقشه کاربری اراضی بر حسب کیلومترمربع برای سال‌های 1380 و 1395 در جدول 3 ارائه شده است نتایج حاصل از جدول 2 نشان داد که بیش­ترین مساحت برای هر دوسال 1380 و 1395 مربوط به  مراتع می‌باشد.

 

جدول 2 مساحت و درصد طبقات کاربری های اراضی حوضه لاجان
سال	1380		1395
نام کاربری	کیلومترمربع	درصد	کیلومترمربع	درصد
مراتع	34/997	7/63	29/862	55
اراضی باغی	98/29	91/1	35/50	23/3
اراضی کشاورزی ابی	9/37	43/2	65/150	62/9
اراضی دیم	38/459	34/29	22/433	67/27
اراضی مسکونی	94/40	63/2	94/68	4/4
کل حوضه	56/1565	100	56/1565	100

 

ارزیابی نتایج حاصل از طبقه­بندی

ارزیابی نتایج طبقه‌بندی یکی از مراحل مهم پس‌پردازش می‌باشد و ارائه نتایج طبقه‌بندی بدون هیچ‌گونه پارامتری که کیفیت و صحت این نتایج را بیان کند از ارزش آن‌ها می‌کاهد (17). بنابراین به منظور ارزیابی دقت نقشه کاربری اراضی تولید شده، دقت کاربر و دقت تولید کننده آن محاسبه گردید و خطای گماشته شده و حذف شده مربوط به کلاس‌های کاربری اراضی مورد بررسی قرار گرفت (جدول 3).

 

 

جدول 3 نتایج حاصل از ارزیابی صحت طبقه بندی کننده الگوریتم حداکثر احتمال به درصد
سال	کاربری	دقت کاربری	دقت تولید کننده	خطای حذف شده	خطای گماشته شده
1380	مراتع	15/88	13/88	00/100	26/11
1380	اراضی باغی	96/92	70/91	25/10	65/9
1380	اراضی کشاورزی ابی	98/88	21/89	02/11	79/10
1380	اراضی دیم	25/87	20/86	9	11
1380	اراضی مسکونی	12/78	74/88	88/12	26/11
1395	مراتع	45/91	64/88	33/8	13/10
1395	اراضی باغی	94/91	89	25/8	81/9
1395	اراضی کشاورزی ابی	37/92	13/88	63/7	87/11
1395	اراضی دیم	15/90	45/89	7	16/10
1395	اراضی مسکونی	16/91	00/89	84/8	00/11

 

 

با توجه به نتایج حاصل از جدول 4 مقادیر پارامترهای دقت کاربر، دقت تولید کننده، خطای حدف شده و خطای گماشته شده برای تک تک کلاس­ها ها برای هر دوسال مقادیر تقریبا مشابهی و قابل قبولی را برای نقشه­های تولید شده نشان می‌دهند.

 

بررسی پارامترهای کیفیت منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان سال های 1380 و 1395

هدایت الکتریکی(EC)

گستره تغییرات EC در نمونه­های مورد مطالعه سال 1380 بین 200 تا 750 میکروموس بر سانتی­متر با میانگین 45/460 میکروموس بر سانتی­متر است. بیش­ترین مقدار EC مربوط به نمونه 4 بوده که از روستای سرین‌چاوه برداشته شده است و کمترین مقدار EC مربوط به نمونه­ی 16 در روستای دربکه بود. در نمونه­های بررسی شده مربوط به سال 1395 مقدار هدایت الکتریکی بین 190 تا 720 میکروموس بر سانتی­متر با میانگین 36/346 میکروموس بر سانتی­متر است. بیش­ترین مقدار EC در سال 1395 مربوط به نمونه بود که از روستای شین‌آباد برداشته شده است و کمترین مقدار EC مربوط به نمونه 21 در روستای چیانه می­باشد. شکل 4 نمودار تغییرات هدایت الکتریکی در سال 1380 و سال 1395 حوضه لاجان را نشان می‌دهد.

 

 

800

 

700

 

600

 

500

 

400

 

300

 

200

 

100

 

0

 

 

شکل 4 نمودار تغییرات EC سال­های 1380 و 1395 حوضه لاجان

 

غلظت املاح محلول  (TDS)

به طورکلی، غلظت املاح محلول در آب می­تواند ناشی از منابع انسانی مانند تخلیه فاضلاب­های خانگی و پساب-های کشاورزی و عوامل طبیعی از جمله انحلال سازندهای زمین­شناسی ­باشد (12 و 23). بازه تغییرات TDS در نمونه­های مورد مطالعه در سال 1380 بین 130 تا 487 میلی­گرم بر­ لیتر و با میانگین 55/298 میلی­گرم بر­ لیتر است. بیش­ترین مقدار TDS مربوط به نمونه­ی سرین چاوه با 487 میلی­گرم بر لیتر و کمترین­ مقدار مربوط به نمونه­ی دریکه به مقدار 130 میلی­گرم بر لیتر می­باشد و بازه تغییرات TDS در نمونه­های مورد مطالعه در سال 1395 بین 5/123 تا 468 میلی­گرم بر­ لیتر با میانگین 14/225 میلی­گرم بر­ لیتر است. بیش­ترین مقدار TDS در سال 1395مربوط به نمونه­ی شین­آباد به مقدار 468 میلی­گرم بر لیتر و کمترین­ مقدار مربوط به نمونه­ی چیانه به مقدار 5/123 میلی­گرم بر لیتر می­باشد. اگر میزان TDS در نمونه آب، بیش از 500 میلی­گرم بر لیتر باشد، در این­صورت امکان رخداد فرآیندهایی چون انحلال سنگ­های تبخیری، انحلال کربنات­ها و آلودگی آب وجود دارد (12 و 16). بر این اساس، بررسی نمونه­های آب از چاه­های انتخابی نشان داد که همه نمونه‌ها از نظر غلظت املاح محلول در دو سال 1380 و 1395 برای شرب مناسب هستند. با توجه به مقدار TDS در نمونه­های آب چاه­های انتخابی و ارتباط آن با EC می­توان گفت که پارامتر TDS در نمونه­های آب زیرزمینی حوضه لاجان تا حدودی نیز تحت تأثیر فاضلاب­های خانگی و نوع کشت آبی می­باشد. شکل 5 نمودار مقایسه مقدار TDS در سال 1380 و 1395 حوضه لاجان را نشان می دهد.

 

 

600

 

500

 

400

 

300

 

200

 

100

 

0

 

 

شکل 5 نمودار مقایسه مقدار TDS در سال­های 1380 و 1395 حوضه لاجان

 

اسیدیته(pH)

pH آب­های طبیعی عمدتاً تابع سنگ­شناسی منطقه و هم­چنین حضور گاز دی­اکسیدکربن و دیگر گازهای جوی حل شده در آب می­باشد. گستره pH نمونه­های آب مورد مطالعه سال 1380 بین 7/6 تا 9/9 و میانگین آن 75/7 می­باشد. کمترین مقدار pH  مربوط به نمونه برداشت شده از منطقه جلدیان با مقدار 7/6، که از مناطق مسکونی برداشته شده و بیش­ترین مقدار آن نیز مربوط به کلیله بالایان به مقدار 9/9 می­باشد. در نمونه‌های سال 1395 نیز مقدار pH بین 9/7 تا 8/9 با میانگین 41/8 می‌باشد. کمترین و بیش­ترین مقدار pH در سال 1395 به­ترتیب مربوط به نمونه‌ برداشت شده از منطقه جلدیان و خزنج با مقادیر 9/7 و 8/9 می‌باشد. شکل 7 نمودار مقایسه میزان pH در منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان در سال 1380 و1395  ارائه شده است. به طور کلی مقدار pH در اکثر نمونه های 1395 به نسبت pH نمونه‌های سال 1380 افزایش یافته‌اند. شکل 6 نمودار مقایسه میزان pH در منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان در سال 1380 و 1395 را نشان می­دهد.

 

 

12

 

10

 

8

 

6

 

4

 

2

 

0

 

 

شکل 6 نمودار مقایسه میزان pH در منابع آب زیرزمینی حوضه لاجان در سال­های 1380 و 1395

 

کاتیون‌ها و آنیون‌ها

مهم­ترین آنیون‌های موجود در حوضه لاجان بی‌کربنات‌ها، سولفات‌ها، کلرورها و فسفات‌ها بوده که با توجه به شرایط هر منطقه، مقادیر متفاوتی از آن‌ها در آب وجود دارد. هم­چنین کاتیون‌های مهم موجود در آب زیرزمبنی حوضه لاجان شامل کلسیم، منیزیم، سدیم و پتاسیم است. شکل 7 تغییرات کاتیون‌ها و شکل 8 تغییرات آنیون‌ها در 22 نمونه انتخاب شده در دو سال 1380 و 1395 بر حسب میلی‌اکی‌والانت را نشان می‌دهند.

 

 

 

9

 

8

 

7

 

6

 

5

 

4

 

3

 

2

 

1

 

0

 

 

 

شکل 7 تغییرات کاتیون‌ها  در 22 نمونه انتخاب شده را در سال­های 1380 و  1395بر حسب میلی‌اکی‌والانت

 

10

 

8

 

6

 

4

 

2

 

0

 

 

شکل 8 تغییرات آنیون‌ها در 22 نمونه انتخاب شده را در سال­های 1380 و  1395بر حسب میلی‌اکی‌والانت

 

نسبت جذب سدیم(SAR)

شکل 9 نمودار تغییرات نسبت جذب سدیم (SAR) در 22 ایستگاه در سال 1380 و 1395 برای حوضه لاجان را نشان می‌دهد.

 

 

4/1

 

2/1

 

8/0

 

6/0

 

4/0

 

2/0

 

0

 

 

 شکل 9 نمودار تغییرات نسبت جذب سدیم در سال­های 1380 و 1395 

 

بحث و نتیجه­گیری

نتایج بررسی کاربری­های مختلف نشان داد که در سال های 1380  و 1395 منطقه مورد مطالعه، بیش­ترین مساحت کاربری برای هر دو سال مربوط به مراتع و کمترین کاربری در سال 1380 مربوط به اراضی باغی و در سال 1395 مربوط به اراضی مسکونی می باشد. با مقایسه کاربری­های سال­های 1380 و 1395 مشاهده می‌شود که سطح مراتع حوضه لاجان به مقدار 05/135 کیلومترمربع یعنی 7/8 درصد و سطح اراضی دیمی به میزان 16/26 کیلومترمربع یعنی 33/2 درصد کاهش یافته است. از طرف دیگر اراضی کشاورزی آبی 75/112 کیلومترمربع یعنی 19/7 درصد، اراضی مسکونی 28 کیلومترمربع یعنی 77/1 درصد و اراضی باغی 37/20 کیلومترمربع یعنی 32/1 درصد افزایش یافته است. بیش­ترین  تغییرات در کاربری اراضی مراتع و اراضی آبی صورت گرفته که بیش­ترین مقدار تغییرات مربوط به مناطق مستعد کشاورزی می‌باشد که در آن اراضی دیمی به اراضی کشاورزی آبی تبدیل شده و مراتع در مناطق شیب­­دار به اراضی دیمی تبدیل شده است. به طور کلی، نتایج تحقیق نشان داد که داده‌های مربوط به ماهواره لندست 5 و 8 و سنجنده‌های TM و OLI برای تهیه نقشه کاربری اراضی با روش سیستم اطلاعات جغرافیایی بر صحت و دقت نقشه می‌افزاید که در تحقیقات سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی کشور نیز در زمینه پردازش رقومی تصاویر سنجنده‌های TM و OLI در استخراج نقشه کاربری و پوشش اراضی، به این مهم اشاره شده است. نتایج حاصل از تغییر کاربری با نتایج ریاحی و همکاران و سینگ و همکاران (19 و 16) هم‌خوانی دارد.

گستره تغییرات EC در سال 1380 نسبت به سال 1395 روند نزولی داشه است به جز در مناطق کلیه بالابان و شین­آباد، در مناطق مسکونی، فاضلاب­های خانگی به دو صورت پخش در سطح زمین و تخلیه در چاههای جذبی تخلیه می­شوند. با توجه به این که فاضلاب این اثر را دارد که آب مورد استفاده در شهر، از EC بالاتری برخوردار باشد، احتمالاً نمونه­هایی که دارای EC بالاتری هستند (مناطق کلیه بالابان و شین­آباد)، تحت تأثیر نشت فاضلاب مناطق مسکونی قرار گرفته­اند (4).

با توجه به تغییرات رخ داده در سال های 1395 نسبت به سال 1380 در کاربری های مختلف اراضی، ولی تغییرات اساسی در پارامترهای اندازه گیری شده کیفیت آب رخ نداده است مقدار تغییرات کاتیون‌ها و آنیون‌ها روند کاهشی را نشان می‌دهد به جز منطقه شین­آباد که در محدوده شهر واقع شده و تغییر کاربری از کشاورزی به مسکونی تبدیل شده و متاثر از پساب فاضلاب و کشاورزی بوده است (4). پس می‌توان نتیجه گرفت که تغییرات کاربری اراضی در بازه‌ی زمانی مورد مطالعه بر کیفیت آب‌های زیرزمینی با توجه به مقادیر و مقایسه پارامترهای اسیدیته، هدایت الکتریکی، نسبت جذب سدیم، غلظت املاح محلول، کاتیون‌ها و آنیون‌ها اندازه‌گیری شده در تحقیق حاضر، اثرگذار نبوده است که با تحقیقات طباطبایی و همکاران، ابراهیمی و همکاران و آندارد و همکاران (1، 9 و 20) هم­خوانی نداشت. در حالی­که نتایج حاصل از پژوهش حاضر با نتایج کاستیلو و همکاران و رحمتی و همکاران (6 و 15) مطابقت داشت.

مقادیر پارامترهای فیزیکوشیمیایی (HCO₃^-، SO₄^2-، Cl^-، Mg²⁺، Ca²⁺، Na⁺، EC) آب در نمونه­های آب زیرزمینی حوضه لاجان، از محل تغذیه (غرب و شرق حوضه) به محل تخلیه­ی آبخوان (جنوب حوضه) روند افزایشی نشان می­دهند. غلظت بی کربنات در سال 1395 نسبت به سال 1380 روند نزولی را نشان می­دهد، غلظت سولفات و کلر در هر دو سال به جز نمونه­ شماره 19 در 1395 که نزدیک به شهر است بالا می­باشد که تغییرات زیادی را نشان داده که این امر نفوذ سولفات و کلر از طریق آبشویی کودهای شیمیایی و نفوذ فاضلاب­های خانگی به آبخوان را نشان می­دهد. به­طور کلی، فرآیندهایی همچون اکسیداسیون مواد آلی گوگرددار، مصرف کودهای شیمیایی سولفاته و فعالیت آتشفشانها می­توانند باعث ورود سولفات به محیطهای آبی گردند (2). عوامل طبیعی، به ویژه انحلال کربناتها و فعالیتهای انسان مانند کشاورزی و نیز تخلیه­ی فاضلابهای خانگی به محیط، موجب بالارفتن غلظت یونهای کلر، سولفات در چاههای اطراف شهر پیرانشهر واقع در حوضه لاجان شده است. غلظت منیزیم در سال های 1380 و 1395 به جز در شین­آباد سال 1395 که در اطراف مناطق شهری قرار گرفته تغییرات زیادی را نشان نداد، بالاترین غلظت منیزیم در نمونه­های برداشت شده از بخشهای شمال (رخنمون تشکیلات آهکی) مشاهده می­شود که احتمالاً انحلال دلیل این افزایش غلظت است، چرا که منیزیم در اثر هوازدگی کانی­هایی چون سیلیکات­های منیزیم­دار، دولومیت و منیزیت که انحلال­پذیری بالایی دارند، وارد آب می­گردد (5). غلطت کلسیم در اکثر نمونه های سال1380 در مقایسه با سال 1395 بیشتر می باشند که دلیل عمده آن می تواند کاهش سطح تراز آب زیرزمینی در سال های اخیر باشد در تحقیقی که توسط قنواتی و همکاران (11) انجام گرفت مشخص گردید که میانگین تراز آب زیرزمینی آبخوان پیرانشهر 92/2 متر تا سال 1393 کاهش یافته است. غلظت سدیم در سال 1395 به جز در چاه­های پسوه و دریکه در مقایسه با سال 1380 که در اطراف مناطق شهری قرار گرفته تغییرات زیادی را نشان نداد. نفوذ فاضلاب مناطق مسکونی و ورود پسابهای کشاورزی، دلیل احتمالی افزایش غلظت یون سدیم در برخی نمونه­ها (کیله سیپان و شین­آباد در سال 1395) می­باشد. فرآیند دیگری که همگام با نفوذ فاضلابهای خانگی، می­تواند باعث افزایش سدیم در جهت حرکت آب زیرزمینی گردد، تبادل یونی سدیم موجود در رسها توسط کلسیم و منیزیم می­باشد. بنابراین تخلیه­ی پساب کشاورزی به آبخوان دشت نیز در افزایش غلظت سدیم برخی نمونه­ها تأثیرگذار بوده است (4). گستره­ی تغییرات EC در سال 1380نسبت به سال 1395 روند نزولی داشه است به جز چاه­های کیله بالابان و شین­آباد، در مناطق مسکونی، فاضلاب­های خانگی به دو صورت تخلیه می­شوند: پخش در سطح زمین و تخلیه در چاههای جذبی. با توجه به این که فاضلاب این اثر را دارد که آب مورد استفاده در شهر، از EC بالاتری برخوردار باشد، احتمالاً نمونه­هایی که دارای EC بالاتری هستند (کیله بالابان و شین­آباد)، تحت تأثیر نشت فاضلاب مناطق مسکونی قرار گرفته­اند (4). براساس استاندارد سازمان بهداشت جهانی همه­ پارامترهای ذکر شده در نمونه­های آب، در دو سال 1380 و 1395 برای آشامیدن مناسب می­باشند.

 

 

 

 

---

 

 

 

مراجع

 

References:

1. Andarde, E.M, & S. Aplasia, 2008. Land use effects in groundwater composition of an alluvial aquifer (Trussu River, Brazil). Environmental Research Journal 106:107-177.
2. Apaydın, A., & S.D. Aktaş, 2012. Assessment of groundwater quality of the Tatlicay aquifer and relation to the adjacent evaporitic formations (Cankiri, Turkey). Environmental monitoring and assessment, 184(4):2337-2357.
3.  Arekhi, S. and Y. Niazi, 2008. Evaluation of different methods of remote sensing for land-use changes monitoring (Case study: Darreh Shahr Area, Ilam Province). Iranian Journal of Range and Desert Research 17(1):74-93. [Persian].
4. Arom, Z., 2014. The effect study of natural and human parameters on ground water quality in Siminehrood, Southwest Bokan, Shahrood University, M.Sc. Thesis, 111p. [Persian].
5. Asian Development Bank, 1997. Environmental impact assessment for developing Countries in Asia, Asian development bank publications, 349pp.
6. Castillo, R.C., I. Güneralp & B. Güneralp, 2014. Influence of changes in developed land and precipitation on hydrology. Applied Geography 47: 154-167.
7. Chen, X.W., 2002. Using remote sensing and GIS to analyses land cover change and its impacts on regional sustainable development. International Journal of Remote Sensing 23: 107-124.
8. Chidambaram, S., A. Peter, M. Prasanna, U. Karmegam, K. Balaji, R. Ramesh, Paramaguru  & S. Pethaperuaml  2010. A Study on the impact of landuse pattern in the groundwater quality in around Madurai region, south India using GIS techniques. Online Journal of Earth Sciences.
9. Ebrahimi, K. & F. Mohammadi, 2007. The effect study of ground water quality in land use change by GIS, 2th national conference of Agroecology, Gorgan university of Agriculture Sciences and Natural Resources, Gorgan. [Persian].
10. Fatemi, S.B. & Y. Rezaii, 2010. Fundations of remot sensing. Azadeh publisher, 257pp. [Persian].
11. Ghanavati, E., P. Ziaiian, M. Sardashti & E. Jangi, 2007. The changes detection of morphodynamic by remote sensing principal component analysis (PCA) and fuzzy logic. Case study in Taleghan watershed. Geography Research Quaterly 62:41-53. [Persian].
12. Hounslow, A. 1995. Water quality data: analysis and interpretation. CRC press.
13. Joint Nations, 1997. Sustainable development of water resources in Asia and the Pacific: An overview.
14. Pijanowski, B.C., D.G. Brown, B.A. Shellito & Manik, G.A., 2002. Using neural networks and GIS to forecast land use changes: A Land Transformation Model. Computers Environment and Urban Systems 26:553-575.
15. Rahmati, A., N. Mahmoodi, A. Mosaedi & F. Hidari, 2013. Assessing the effect of landuse and lithology on spring water quality in Piranshahr watershed, Iranian Journal of Watershed Management Science 8(27): 19-26. [Persian].
16. Riahi, M. 2012. The effect sdtudy of land use on hydraulic regime of river flow in sub-watershed Nekarood, M.Sc. Thesis, Sari Agriculture Sciences and Natural Resources University, 122pp. [Persian].
17. Rozbeh Kohshahi, S. 2015. The selection of appropriate indexes and thresholds for shady of water area fluctuations of Maharloo lake using remote sensing, M.Sc. Thesis, Sari Agriculture Sciences and Natural Resources University, 112pp. [Persian].
18. Salajegheh, A., S. Razavizadeh, N. Khorasani, M. Hamidifar & S. Salajegheh, 2010. Land use changes and its effects on water quality (Case study: Karkheh watershed). Environmental Science 37(58): 81-86. [Persian].
19. Singh, S.K., Ch.K. Singh & S. Mukherjee, 2010. Impact of land-use and land-cover change on groundwater quality in the Lower Shiwalik hills: a remote sensing and GIS based approach. Central European Journal of Geosciences 2(2):124-131.
20. Tabatabaii, H.R., N. Lalehzari, M. Noormehnad & H. Khazaii, 2010. The effect study of land use changes on ground water quality (Case study: Shahrekoord plain). Journal of Research in Agricultural Science 6(1):37-46. [Persian].
21. Thomas, A. & J. Tellam, 2005. Modeling of recharge and pollutant fluxes to urban ground waters. Science of the Total Environment 360(1-3):179-158.
22. Vito, F.U. G. Raffaele & L. Nicola, 2003. A fuzzy knowledge-based decision support system for groundwater pollution risk evaluation. Environmental Management 73(3):197-189.
23. World health organization, 2011. Guidelines for drinking water quality. Engineering sanitary ambient 16(4):4-5.