پایش تغییرات نوار ساحلی با استفاده از تکنیک سنجش از دور نمونة مطالعه: نوار ساحلی کیش

مقدمه

منطقة ساحلی، محل تلاقی دو زیست‌بوم خشکی و دریا با مختصات فیزیکی و زیستی مستقل است که ناحیة انتقالی با موقعیت جغرافیایی مشخصی را می‌سازد (عبداللهی، 1396: 30). از زمان‌های گذشته ارزش و اهمیت استراتژیک سواحل به‌ویژه سواحل دریاها به‌لحاظ مسائل اقتصادی، اجتماعی و سیاحتی بسیار آشکار بوده است؛ همچنین سواحل دریاها به‌مثابة یکی از مهم‌ترین مراکز اقتصادی، صنعتی و رشد و شکوفایی هر کشور مطرح بوده‌اند (متولی و گلشنی، 1390: 2). خط ساحلی به‌مثابة خط تماس بین زمین و پیکرة آبی در یک لحظه از زمان تعریف می‌شود (Naji & Tawfeeq, 2011: 1). نوار ساحلی، نوار باریکی در ناحیة انتقالی بین دریا و خشکی است که تأثیرات جزر و مدی و امواج در این محدوده محسوس‌تر است. این ناحیه پتانسیل جذب گردشگر و همچنین انجام فعالیت‌های اقتصادی و اجتماعی را به‌خوبی دارد (صالحی و برقچی، 1395: 3) و منطقه‌ای محسوب می‌شود که در آن خشکی به دریا می‌پیوندد و منطقة مشترکی را ایجاد می‌کند (شعبانی و سپهر، 1394: 1).

بیشتر پژوهش‌ها نشان می‌دهند ظاهراً مداخلات انسانی در این پهنه‌ها به سمت و سویی در حرکت است که در تضاد با اولویت‌های شناخته‌شدة زیست‌محیطی و توسعة پایدار است؛ از این رو در این پژوهش تغییرات ایجادشده در دوره‌های زمانی در بخش کاربری اراضی مطالعه می‌شود.

کاربری اراضی، همواره از مهم‌ترین شاخص‌هایی بوده است که انسان با استفاده از آن، در کنار فراهم‌ساختن موجبات رشد و توسعة اقتصادی - اجتماعی خود، ساختارها و فرایندهای محیط‌زیست را تغییر داده است. این محیط‌های ساحلی از دیرباز تاکنون کاربری‌های متنوع و مهمی داشته و برای ساکنان حاشیه‌ای آن همواره مهم بوده‌اند؛ به‌طوری که در طول تاریخ، بشر به سواحل و پیرو آن اسکان و تمرکز جمعیت در حاشیة سواحل توجه روزافزون داشته است (احمدیان و فتحعلی‌زادة کلخوران، 1396: 141). بدیهی است در این چشم‌انداز حفظ، نگهداری، ترمیم و احیای کاربری اراضی ساحلی ضروری و بدین منظور لازم است طرح‌ریزی مناسبی درزمینة شناسایی و طبقه‌بندی کاربری اراضی ساحلی برای استفاده‌های آتی از سواحل با رویکرد توسعة پایدار اجرا شود (موسوی ملک و همکاران، 1391: 1). الگوی بهینة طبقه‌بندی کاربری اراضی ساحلی و مطالعة میزان تغییرات و تخریب منابع در سال‌های گذشته و امکان‌سنجی و پیش‌بینی این تغییرات در سال‌های آینده در برنامه‌ریزی و استفادة بهینه از منابع و کنترل و مهار تغییرات غیراصولی در آینده گام مهمی به شمار می‌آید (احمدیان و فتحعلی‌زادة کلخوران، 1396: 141).

با مطالعة پژوهش‌های مشابه به نظر می‌رسد یکی از بهترین راهکارها درزمینة بررسی روند تغییرات کاربری اراضی، استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و روش‌های علمی تبیین‌شده به‌منظور پردازش آنهاست (سنجش از دور)؛ درواقع یک ایدة کلی در تجزیه و تحلیل تصاویر سنجش از دور، مشخص‌کردن تغییرات سطح زمین در سواحل است (ساعی، 1391: 286)؛ بنابراین آشکارسازی و مدل‌سازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده‌های سنجش از دور، شناخت مناسبی را از چگونگی تغییرات در محیط کاربری اراضی ارائه می‌دهد و در مدیریت آن راهکارهای مناسبی را فراهم می‌سازد (Bakr et al., 2010: 592). با پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی مقدار گسترش و تخریب منابع مشخص و این تغییرات در مسیرهای مناسب هدایت می‌شود (ممبنی و عسکری، 1397: 36). بدین منظور، یکی از روش‌های مطرح و پذیرفتة بیشتر متخصصان، مدل مارکوف است. با استفاده از مدل زنجیره‌ای مارکوف، نسبت تبدیل کاربری‌های مختلف و امکان پیش‌بینی آنها در آینده فراهم می‌شود (ممبنی و عسکری، 1397: 36). مدل مارکوف به‌طور معمول در پیش‌بینی ویژگی‌های جغرافیایی استفاده می‌شود که به یک روش پیش‌بینی مهم در پژوهش‌ها تبدیل شده است (Sang et al., 2011: 940).

با توجه به اهمیت، رشد سریع و روند شتاب‌زدة تغییرات، جزیرة کیش و نوار ساحلی آن به‌مثابة عرصة پژوهش حاضر انتخاب شده است. این جزیره در میان جزایر ایرانی خلیج فارس، مهم‌ترین و پرسابقه‌ترین کانون گردشگری است و همانند دیگر جزایر برای یافتن ذخایر نفتی کاوش نشده است و در زمرة مناطق آزاد ایران قرار دارد (اینترنشنال، 1384: 6). توسعة شتابزده و ناموزون، ساخت‌وسازهای سریع و فشار روزافزون جمعیت به ایجاد تحولات شدیدی در ساختار و ترکیب سیمای سرزمین در محدودة خشکی و ساحل این جزیره منجر شده است (سلاجقه و همکاران، 1393: 103)؛ بر این اساس هدف پژوهش حاضر، پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی نوار ساحلی جزیرة کیش در بازة زمانی 26 ساله با استفاده از زنجیرة مارکوف است.

اهمیت و ضرورت پژوهش

کاربری اراضی، همواره یکی از مهم‌ترین عواملی بوده که انسان از راه آن محیط‌زیست خود را تغییر داده است؛ به‌طوری که تخریب جنگل‌ها و مراتع و تبدیل آنها به اراضی کشاورزی و سکونتگاه‌ها، از مهم‌ترین تغییرات کاربری اراضی است که انسان انجام داده است. در همین زمینه با توجه به رشد جمعیت و تغییرات گسترده و غیراصولی کاربری اراضی در سال‌های اخیر، بررسی چگونگی تغییرات کاربری اراضی، امری ضروری است (ارخی، 1393: 1). برای دستیابی به این مهم، استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی با توجه به دقت زیاد آنها اهمیت بسزایی دارد.

منطقة ساحلی، از بزرگ‌ترین دارایی‌های زیست‌محیطی و اقتصادی هر کشوری است (لرستانی و همکاران، 1394: 123) که اهمیت ویژه‌ای از دیدگاه توسعة اقتصادی، ارتباطات ملی و بین‌المللی و حتی سیاسی دارد و یکی از موقعیت‌های تمرکز فعالیت و سرمایه در آن کشور است (قلمبر و علیخانی، 1394: 1). پس اطلاع از موقعیت گذشته، حال و آیندة این منطقه، نقش مهمی در مدیریت بهینة آن خواهد داشت (ترابی، 1389: 1). در این زمینه شرایط خاص جزیرة کیش، ازجمله روند شدید تغییرات جمعیت، مداخلات انسانی گسترده در عرصه‌های طبیعی، توسعة شبکه‌های ارتباطی و مسائلی اینچنینی، بر اهمیت و ضرورت پژوهش حاضر در عرصة مدنظر افزوده است.

پیشینة پژوهش

با توجه به اهمیت کاربری اراضی مناطق ساحلی مطالعات زیادی در این زمینه صورت گرفته است؛ ازجمله احمدی و همکاران (1393) ضمن بررسی روند تغییرات خط ساحلی بندر دیر با استفاده از تکنیک‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی نتیجه می‌گیرند خط ساحلی به سمت خشکی پیشروی کرده و محدودة ساحلی در تمام نقاط کاهش یافته است.

غلامعلی‌فرد و همکاران (1391) در پژوهشی با عنوان «کاربرد نمایة توافق کاپا در پایش تغییرات پوشش سرزمین سواحل استان بوشهر» نتیجه می‌گیرند تغییرات نامتعادل پوشش سرزمین در سواحل استان بوشهر به کاهش اراضی کشاورزی و افزایش اراضی مسکونی منجر می‌شود که در صورت ادامة روند، باعث تخریب و ایجاد مشکلات محیط‌زیستی و اجتماعی در مناطق ساحلی این استان در آینده خواهد شد.

ژو^[1] (2018) در پژوهشی با عنوان «تشخیص تغییرات ساحلی در ایالت تگزاس» با بهره‌گیری از داده‌های لندست نتیجه می‌گیرد خط ساحلی از سال 1986 تا 2015 به میزان 154/0 تا 063/0 کیلومترمربع در سال تغییر کرده است. این موضوع نشان می‌دهد در طول سه دهة گذشته فرسایش بیشتری داشته است.

رزمی و همکاران^[2] (2017) ضمن بررسی نوسانات خط ساحلی شهرستان دیر در طول النینو و لانینو با استفاده از شاخص OIF نتیجه می‌گیرند خط ساحلی به سمت دریا (رسوب‌گذاری) و مرزهای داخلی آن حرکت کرده است. براساس نتایج این پژوهش، میزان رسوب‌گذاری و فرسایش در ساحل دیر از سال‌های 1991 تا 2001 حدود 545964/9 و 248307/42 کیلومترمربع و در سال‌های 2001 تا 2014 به ترتیب 981661/67 و 566883/7 کیلومترمربع است.

لی و همکاران^[3] (2011) ضمن بررسی سلول‌های خودکار و زنجیرة مارکوف برای مدل‌سازی تغییرات کاربری اراضی به این نتیجه رسیدند که اراضی شهری افزایش و اراضی کشاورزی و جنگلی کاهش یافته‌اند.

کورانتنگ و نایدزویکی^[4] (2015) با به‌کارگیری تحلیل زنجیرة مارکوف دریافتند مناطق انسان‌ساخت و اراضی کشاورزی افزایش، اما پوشش جنگلی از
50 درصد به 10 درصد کاهش یافته است.

روش پژوهش

در پژوهش حاضر، بررسی و ارزیابی تغییرات با استفاده از تکنیک سنجش از دور و تصاویر ماهواره‌ای لندست برای سال‌های 1992، 2000، 2008 و 2018 به ترتیب مربوط به سنجندة TM، ETM و OLI انجام شده است. تصاویر پس از تصحیحات برای تهیة نقشة کاربری پوشش اراضی پردازش شدند و تغییرات کاربری پوشش اراضی در دوره‌ای 26 ساله پایش شد (نمودار 1).

نمودار 1. فلوچارت فرایند پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی

منبع: نگارندگان (1398)

محدودة پژوهش

جزیرة کیش، جزیرة مرجانی نسبتاً کوچکی با مساحتی بیش از 5/90 کیلومترمربع و 35 کیلومترمربع خط ساحلی و شکل بیضی است. این جزیره به‌مثابة مرکز بخش کیش از توابع شهرستان بندر لنگة استان هرمزگان است و در مختصات جغرافیایی 53 درجه و 59 دقیقة طول شرقی و 26 درجه و 30 دقیقة عرض شمالی واقع شده است.

جزیرة کیش در 15 کیلومتری کرانه‌های جنوبی ایران واقع شده است که از شمال با آبادی گرزه
18 کیلومتر، از شرق با جزایر فارور، فارورگان و سیری به ترتیب 50، 57 و 80 کیلومتر، از جنوب شرق با بندر ابوظبی، پایتخت امارات متحدة عربی،
230 کیلومتر و از غرب با جزایر هندورابی و لاوان
28 و 57 کیلومتر فاصله دارد (سلاجقه و همکاران، 1393: 102).

این جزیره به‌لحاظ توپوگرافی تقریباً هموار است و ارتفاع زیادی در آن وجود ندارد. مرتفع‌ترین نقطة جزیره، تپه‌ای با ارتفاع 45 متر است که تقریباً در وسط جزیره قرار دارد. آب‌وهوای این جزیره در بهار و تابستان گرم و مرطوب و در پاییز و زمستان، معتدل و ملایم است. متوسط حداکثر درجه‌حرارت ماهیانه در این جزیره، 9/33 و متوسط حداقل درجة ماهیانة آن، 6/18 است (پاک و همکاران، 1387: 3).

شکل 1. موقعیت محدودة پژوهش

منبع: نگارندگان (1398)

یافته‌های پژوهش

تهیة نقشة کاربری اراضی و آشکارسازی تغییرات

استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و فرایند طبقه‌بندی تصاویر، مناسب‌ترین راه برای تهیة نقشه‌های کاربری اراضی است (Rozenstein & Karnieli, 2011: 533). در پژوهش حاضر، برای تهیة نقشة کاربری اراضی منطقة پژوهش، روش طبقه‌بندی ماشین بردار پشتیبان^[5] و طبقه‌بندی نظارت‌شده به کار رفت. این نوع طبقه‌بندی صحت و دقت بیشتری نسبت به سایر روش‌های شناسایی تغییرات کاربری نظارت‌شده داشته است. درنهایت نقشة کاربری اراضی در چهار طبقه شامل اراضی ساخته‌شده، اراضی بایر، پوشش گیاهی و پهنة آبی تهیه و به‌منظور آشکارسازی تغییرات روی‌داده در منطقه، از روش مقایسة پس از طبقه‌بندی استفاده شد. برای محاسبة صحت طبقه‌بندی انجام‌شده، داده‌های زمینی باید با تصاویر طبقه‌بندی‌شده در یک ماتریس خطا مقایسه شوند؛ بنابراین برای اطمینان از صحت طبقه‌بندی، دقت طبقه‌بندی با ضریب کاپا ارزیابی شد که این شاخص برای نقشه‌های کاربری اراضی سال‌های 1992، 2000، 2008 و 2018 به ترتیب، 0.98، 0.98، 0.98 و 0.99 به دست آمد.

شکل 2. نقشة تغییرات کاربری اراضی (2018 -1992)

منبع: نگارندگان (1398)

پس از انجام مرحلة طبقه‌بندی، برای آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی از مدل LCM استفاده شد. این مدل برای پژوهش حاضر مناسب تشخیص داده شد؛ زیرا فرایند تغییر کاربری اراضی محدودة پژوهش بسیار پیچیده و نیازمند متغیرهای متعددی است.

مدل LCM، روشی یکپارچه است که امکان شبیه‌سازی تغییرات چندین کاربری را به‌طور همزمان دارد. این مدل با تلفیق توانایی‌های مدل زنجیرة مارکوف، روش شبکة عصبی چندلایة پرسپترون با آموزش پس‌انتشار خطا و رگرسیون لجستیک، کارایی خوبی در شبیه‌سازی فرایندهای پیچیده دارد (فلاحتکار و حسینی، 1396: 142). براساس این مدل (LCM)، تغییرات رخ‌داده در کاربری اراضی جزیرة کیش طی سال‌های 1992 تا 2018 بررسی شده است.

در شکل (3)، تجزیه و تحلیل و آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی بین سال‌های 1992 - 2000 نشان داده شده است. همان‌گونه که مشخص است مطابق انتظار، طی این دوره بیشترین کاهش متوجه اراضی بایر با 2131 هکتار و بیشترین افزایش متعلق به اراضی ساخته‌شده با 1738 هکتار بوده است؛ اما آنچه در این زمینه نیازمند توضیح است، تغییرات پهنة آبی است که به دلایلی چون تغییرات جزر و مدی در لحظة تصویربرداری و توسعة ساخت‌وساز در دریا با کاهش روبه‌رو بوده است.

شکل 3. تغییرات کاربری اراضی (هکتار) طی سال‌های 1992- 2000؛ منبع: نگارندگان (1398)

تغییرات رخ‌داده بین سال‌های 2000- 2008 در شکل (4) نشان داده شده است. این نمودار کاهش روند ساخت‌وساز و دست‌اندازی به اراضی بایر موجود در جزیره را نسبت به دورة قبل نشان می‌دهد؛ همچنین روند نسبتاً ثابت تخریب پهنه‌های سبز و کاهش توسعة این پهنه‌ها نسبت به دورة قبل از دیگر مسائل جالب توجه است. عمدة دلایل توسعة
467 هکتاری پهنه‌های سبز به افزایش تراکم سبزینگی پهنه‌های موجود، توسعة فضای سبز شهری و درختکاری در معابر مربوط است که در مقایسه با تخریب 638 هکتاری اراضی متعلق به این کاربری، روند نگران‌کننده‌ای را نشان می‌دهد؛ به‌علاوه کاهش سطح پهنه‌های آبی به دلایل از پیش یادشده رخ‌ داده است؛ ضمن اینکه تضعیف روند توسعة اراضی ساخته‌شده، عمدتاً به دلایل سیاسی و اقتصادی رخ ‌داده است که از مهم‌ترین مصادیق آن، تضعیف عمومی توان اقتصادی جامعه در بخش اقتصادی و جلوگیری از توسعة افقی شهر و اتکا بر توسعة عمودی در بخش سیاسی و مدیریت شهری است. توسعة فضای سبز در اراضی شهری نیز موجب شده است در دامنة تغییرات، شاهد کاهش 670 هکتاری اراضی ساخته‌شده باشیم.

شکل 4. تغییرات کاربری اراضی (هکتار) طی سال‌های 2000- 2008؛ منبع: نگارندگان (1398)

برمبنای شکل (5) در فاصلة بین سال‌های 2008- 2018 حدود 1026 هزار هکتار از طبقة زمین بایر کاسته و به اراضی ساخته‌شده و پوشش گیاهی افزوده شده است. بررسی‌های تطبیقی این دوره با دوره‌های پیشین نیز از کاهش روند توسعة ساخت‌وساز، افزایش دست‌اندازی به پهنه‌های سبز و کاهش پهنه‌های آبی حکایت دارد که عمدة دلایل آن پیش‌تر تشریح شد.

شکل 5. تغییرات کاربری اراضی (هکتار) طی سال‌های 2008- 2018؛ منبع: نگارندگان (1398)

در ادامه، مدل‌های خروجی نقشه‌های تغییرات کاربری اراضی در سال‌های 1992- 2000، 2000- 2008 و 2008-2018 آورده شده است.

شکل 6. نقشة تغییرات کاربری اراضی (1992- 2000)

منبع: نگارندگان (1398)

شکل 7. نقشة تغییرات کاربری اراضی (2000- 2008)

منبع: نگارندگان (1398)

شکل 8. نقشة تغییرات کاربری اراضی (2008- 2018)

منبع: نگارندگان (1398)

پس از مدل‌سازی تغییرات، از مدل زنجیرة مارکوف برای پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی استفاده شد. این مدل براساس تغییراتی که تصاویر در یک دورة زمانی دارند، این احتمال را پیش‌بینی می‌کند که در آینده یک سلول به چه سلولی تبدیل خواهد شد. درواقع زنجیرة مارکوف احتمال این را محاسبه می‌کند که یک کلاس به کلاس دیگر تبدیل شود. نقشة طبقه‌بندی موجود و پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی در منطقة پژوهش برای سال 2018 در شکل (9) نشان داده شده است. از مقایسة مساحت‌های محاسبه‌شده در نقشة طبقه‌بندی موجود و نقشة پیش‌بینی‌شده، مشخص شد مساحت اراضی ساخته‌شده، اراضی بایر و پهنة آبی در نقشة پیش‌بینی‌شده، بیش از میزان مساحت این کلاس‌ها در نقشة موجود است. این مقایسه نشان می‌دهد در دورة 2008 تا 2018، روند افزایش سطح طبقات بایر، ساخته‌شده و آبی نسبت به سایر دوره‌ها شدت بیشتری یافته و این مسئله به معنی شدت‌یافتن دست‌اندازی و تخریب دیگر طبقة بررسی‌شده، یعنی کلاس پوشش گیاهی است. در تصدیق این مسئله، تطبیق نشان می‌دهد مساحت کلاس کاربری پوشش گیاهی در نقشة پیش‌بینی، کمتر از مقدار موجود آن است.

شکل 9. مقایسة تطبیقی نقشة طبقه‌بندی‌شدة موجود با نقشة پیش‌بینی‌شده

منبع: نگارندگان (1398)

پس از انجام مرحلة CA-Markov در نرم‌افزار Terrset برای تهیة نقشة پیش‌بینی کاربری اراضی در سال 2028 اقدام شد که در شکل (10) نشان داده شده است. بر این اساس بررسی تطبیقی کاربری اراضی پیش‌بینی‌شده برای سال 2028 نسبت به سال 2018 نشان می‌دهد مساحت پوشش گیاهی و پهنة آبی به ترتیب به میزان 18 و 57 هکتار کاهش و مساحت کلاس‌های اراضی ساخته‌شده و بایر به ترتیب به میزان 7 و 69 هکتار افزایش یافته است.

مهم‌ترین دلایل کاهش پهنة پوشش گیاهی، کاهش تراکم سبزینگی پهنه‌های موجود و تخریب اراضی سبز و کشاورزی است. همچنین پهنة آبی هم به دلیل دست‌اندازی و توسعة ساخت‌وساز در دریا با کاهش روبه‌رو بوده است. در این زمینه مهم‌ترین دلیل افزایش پهنة اراضی بایر، تبدیل اراضی پوشش گیاهی به این کاربری بوده و اراضی ساخته‌شده نیز که موجودیت و توسعة خود را از سایر کلاس‌های کاربری گرفته است، مطابق انتظار، به دلیل توسعة ساخت‌وساز در اراضی سبز، بایر و پهنه‌های آبی با افزایش سطح روبه‌رو بوده است.

شکل 10. نقشة پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی سال 2028

منبع: نگارندگان (1398)