نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک، اراک، ایران *(مسوول مکاتبات).
2 استادیار گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.
چکیده
کلیدواژهها
علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهنوزدهم، شماره سه، پاییز 96
مکانیابی محیط زیستی کاربری های شهری اراک جهت افزایش کارآیی
شبکه حمل و نقل در محیط GIS
مهرداد هادیپور[1]*
مرتضی نادری[2]
تاریخ دریافت:10/10/93 |
تاریخ پذیرش:1/2/94 |
چکیده
زمینه و هدف: محیطزیست و ضرورت حفاظت و حمایت از آن دارای اهمیت ویژهای است، لیکن بشر هنوز نتوانسته پیامدهای آسیب رساننده و مخرب خود را بر محیط زیست کنترل نماید. در این راستا مقوله حمل و نقل شهری با توجه به نقش پررنگ در چالش های محیط زیستی حایز اهمیت شایانی است که به عنوان یک نگرانی عمده در مدیریت محیطزیست شهری مطرح است.
روش بررسی: این تحقیق در بردارنده طراحی وتوسعه یک مدل در محیط GIS با رویکرد معرفی مناطق قابل توسعه شهر اراک برای جانمایی بهینه کاربری های شهری با هدف افزایش کارآمدی حمل و نقل شهری و کاهش عوارض زیستمحیطی است. روش تحقیق با محوریت محاسبه و نقشه سازی مصرف سوخت، آلودکی هوا و صوت در شبکه حمل و نقل شهری و استقرار درست کاربریها بوده است.
یافته ها: نتایج بیان گر کارایی مدل طراحی شده جهت مکان گزینی مناسب شبکه حمل و نقل و کاربریهای شهری می باشد. نقشه های حاصل بیانگر استقرار نامناسب بخش زیادی از کاربریهای شهری در شبکه حمل و نقل شهری میباشد که عوارض زیستمحیطی فاجعه باری را در زمینه آلودگی و مصرف سوخت به همراه دارد. ارائه راهکارهای مناسب رفع این عوارض در بخش نتایج مورد بحث و آنالیز قرار گرفته است.
بحث و نتیجه گیری: این تحقیق در بر دارنده یک رهیافت علمی درتهیه مدلهای توسعه حال و آتی کاربریها در شبکه حمل و نقل شهری است که میتواند در برنامهریزی شهری در سطوح منطقهای و کشوری مورد استفاده واقع شود.
واژه های کلیدی:کاربری های شهری، شبکه حمل و نقل شهری، آلودگی، سیستم اطلاعات جغرافیایی.
|
Landuse Environmental location for Optimization of Urban Transportation Using GIS
Mehrdad Hadipour[3]*
Morteza Naderi[4]
Abstract
Background and Objective: Environmental balance between transportation and urban landuse components of planning is very important, because they have great impact on each other. As transportation is one of the most important infrastructures of a city, its location-allocation is important for urban planning.Overall objective of this study is "Development of a GIS approach to plan appropriate locations for main urban landuses in the transportation network. Arak (a developing city in Iran) has been chosen as the case study.
Method: This research includes the design and development of a model in the GIS environment with a view to introducing the development areas of Arak city for optimal urban use of urban areas with the aim of increasing the efficiency of urban transport and reducing environmental impacts. The research methodology has focused on the calculation and mapping of fuel consumption, air and noise pollution in the urban transportation network and the proper deployment of users.
Findings: The results indicate the efficiency of the designed model for the proper location of the transportation network and urban utilities. Obtained maps show there are a lot of non-suitable zones for most of urban landuses. The results focus on the approaches such as road type change and location changes of the landuses locations to reduce environmental hazards.
Discursion and Counclusion: This research has successfully managed development of a scientific approach for current and future model development. This approach can be employed in landuses and transportation network development. Suitability assessment can be done at both the local and national structure plan levels.
Key words: Urban landuse, Transportation Network, pollution, GIS.
مقدمه
حمل و نقل شهری و خودروها سهم زیادی از آلودگی هوای شهرها را بر عهده دارند (1). آلودگی هوای ناشی از سوخت در خودروها در وضعیت بحرانی به سر میبرد (2). آلودگی هوا و صوت، ناشی از عوامل متعددی نظیر افزایش تعداد خودروها، تغییر الگو و فرهنگ حمل و نقل میباشد (3). کاهش عوارض زیستمحیطی بخش حمل و نقل یکی از اهداف عمده زیربنایی، برای افزایش و بهبود کیفیت زندگی به شمار میرود. نخستین گام پیشگیری از عوارض زیستمحیطی حمل و نقل شهری از طریق سازمانهای نظارتی میباشد (4). دومین گام، ارزیابی و بررسی حد مجاز آلودگی میباشد و گام سوم تنظیم قوانین و مقررات متناسب با وضعیت موجود برای خودروهای آلاینده و آلودهکننده و اعمال مقررات و محدودیتهایی برای میزان انتشار آلایندههای خودروها میباشد (5). شهرستان اراک به عنوان یک شهر متراکم و رو به توسعه و دارای مشکلات متعدد در شبکه حمل و نقل شهری از این حیث حایز اهمیت شایانی است. در این راستا نحوه تردد در جادههای اراک و از مسیرهای مناسب جهت پرهیز از حیف و میل منابع سوختی، عدم تولید آلودگیها و عدم اتلاف زمینها در حمل و نقل شهری موضوع تحقیقاتی مهمی محسوب میشود. این مهم مستلزم جانمایی صحیح کاربریهای شهری در شبکه حمل و نقل و دسترسی معقول بین نقاط اصلی مبداء و مقصد شهر است(6). با توجه به اینکه شبکه حمل ونقل به طور معمول 30-20 درصد سطح شهر را پوشش میدهد (7) عنصر مهمی در برنامهریزیهای شهری محسوب میگردد. توزیع نامتوازن و معمولا متمرکز کاربریهای شهری در شبکه حمل و نقل بیش از پیش منجر به افزایش عوارض زیست محیطی میگردد (8).
آنالیز مکانی و جغرافیایی حمل و نقل شهری
بررسی اثرات کاربری های مختلف و نقش طراحی شهری در کاهش یا افزایش تقاضای حمل و نقل ارتباط تنگاتنگی با سه عامل مهم و تاثیر گذار بر تقاضای حمل و نقل، شامل سازمان فضایی، منطقه بندی تراکمی و طراحی شهری دارد (9). تسهیلات حمل و نقلی به زمین نیاز دارند و در شهرها سطوح آسفالت و سنگفرش شده (شامل خیابانها و پارکینگها) به راحتی تا بیش از بیست درصد کل کاربری زمینها را در بر میگیرند (10). یک سامانه ترابری کارا میتواند از هدررفتن زمین جلوگیری نماید (11).
عوارض زیست محیطی حمل و نقل شهری
نظر به تحقیقات صورت گرفته، عوارض زیست محیطی حمل و نقل شهری را میتوان در سه بخش تولید آلودگی هوا، افزایش مصرف سوخت و ایجاد آلودگی صوتی خلاصه نمود. آلودگی هوا در حمل و نقل مدلها و محاسبات ریاضی معمولا به ارزیابی شرایط زیست محیطی در نزدیکی و مجاورت جادهها میپردازد. این مدلها نقطه نظر است تئوری سطوح آلودگی هوا را در چارچوب متغیرهای ریاضی زمانی و فضایی در بستر شرایط و حدسهای مختلف مورد بررسی قرار می دهد. به طور معمول پایه های عمده مدلسازی آلودگی هوا در مبحث حمل و نقل شهری حجم ترافیک (منبع آلودگی ) و تمرکز منوکسید کربن (عنصر اصلی آلودگی حمل و نقل ) در فواصل مورد نظر میباشد که براساس پایداری CO در نظر گرفته میشود. بررسیهای تفصیلی در این خصوص برای منطقه مطالعاتی با ساخت یک مدل ریاضی انجام پذیرفته که به عنوان مبنای آنالیز کمی آلودگی هوای حمل و نقل شهری در این مطالعه مورد استفاده قرار می گیرد (8). در این پژوهش، با در نظر قرار دادن مطالعات پایه صورت گرفته (8 و 12) آنالیز کمی و مکانی در مورد مکانیابی کاربریها، توزیع منطقی کاربریها، کاهش فاصله نواحی مسکونی از نواحی اشتغال، انتقال کاربریهای عمده (تمرکز زدائی)، هدایت ترافیک گذری انجام پذیرفته است.استانداردهای نسبی آستانه آلودگیهای صوتی در ایران برای کاربریهای مختلف شهری از 45 تا 75 دسی بل می باشد (13).
آنالیز مکانی و جغرافیایی حمل و نقل شهری در راستای حفظ محیط زیست
چارچوب روش تحقیق
روش تحقیق دربردارنده فازهای اصلی زیر می باشد:
جمع آوری اطلاعات
با توجه به ماهیت این پژوهش اطلاعات مکاندار و ریاضی و آماری زیادی در ارتباط با سیاستها و معیارهای علمی مورد نیاز میباشد. نقشههای پایه منطقه در قالب فایلهای CAD در دسترس قرار داشتند که بر حسب ضرورت به Shape file تغییر فرمت دادند. دادههای اولیه حجم ترافیک، آلودگی هوا و آلودگی صوتی از مطالعات کتابخانهای و کار میدانی حاصل گشتند. برای نقشههای پایه از اطلاعات اداره مسکن و شهرسازی استان استفاده شد و اطلاعات آماری اداره کل محیط زیست، نیروی انتظامی و شهرداری اراک برای استخراج دادههای ترافیکی مورد استفاده قرار گرفت.
سنجش آلودگی هوای ناشی از حمل و نقل
برآوردآلودگی هوا در حمل و نقل شهری اراک از طریق محاسبه گام به گام ریاضی در منطقه مطالعاتی حاصل میشود. مراحل این محاسبه عبارتند از :
انتخاب ایستگاه های سنجش حجم ترافیک: تعداد 16 ایستگاه برای سنجش حجم ترافیک در اراک برگزیده شدند (شکل1). حجم ترافیک در این ایستگاه ها در ساعات پر تردد شهر و در سه مقطع 10 دقیقه اندازهگیری شد. انتخاب این ایستگاهها بر اساس پارامترهایی چون قرار نگرفتن در تقاطعهای جاده ای، قرار نداشتن در نزدیکی صنایع آلاینده، پوشش کامل جغرافیایی شهر، در بر داشتن تنوع در حجم ترافیک انجام شد.
شکل1- ایستگاههای سنجش حجم ترافیک
Figure 1. Traffic volume measurement points
محاسبه آلودگی هوا در ایستگاه ها: این محاسبه با توجه به مقادیر محاسبه شده برای سرانه تولید آلودگی در اراک ( 0.17 میلی گرم در متر مکعب ) و فرمول ذیل محاسبه می گردد( 12):
(1) Q= (RC)qc
که در آن Q= مجموع نرخ انتشار مونواکسیدکربن از خودروها (میلی گرم بر متر مکعب)، RC= حجم ترافیک در زمان پایداری مونواکسیدکربن و Qc برابر است با نرخ متوسط انتشار مونواکسیدکربن از یک خـودرو (میلـی گـرم بـر متر مکعب) می باشند.
نقشه سازی آلودگی هوا: نقشه سازی آلودگی هوا با مبنا قرار دادن آستانه تحمل آلودگی هوا یعنیppm 10(14) وبه کمک مقادیر محاسبه الودگی هوا در ایستگاه های حجم ترافیک انجام می گیرد. برای این منظور به ترتیب از گزینه های متمم در نرم افزاز ArcGIS جهت انجام فرایند کریجینگ استفاده میگردد.
سنجش آلودگی صوتی ناشی از حمل و نقل
انتخاب ایستگاههای سنجش آلودگی صوتی: تعداد 26 ایستگاه برای سنجش آلودگی صوتی در اراک برگزیده شدند (شکل2). علت تعداد بیشتر این ایستگاهها نسبت ایستگاههای آلودگی هوا تنوع بیشتر پارامترها و آستانههای آلودگی صوتی نسبت به آلودگی هوا میباشد. آلودگی های صوتی در این ایستگاهها در ساعات پر تردد شهر اندازه گیری شدند.
شکل2- ایستگاههای سنجش آلودگی صوتی
Figure 2. Sound pollution measurement stations
نقشه سازی آلودگی صوتی: نقشه سازی آلودگی هوا با مبنا قرار دادن آستانههای آلودگی صوتی (جدول1) و به کمک مقادیر سنجش در ایستگاهها انجام میگیرد. برای این منظور از عملیات کریجینگ در نرم افزاز ArcGIS استفاده میگردد. آنچه در این فرایند به دست میآید در واقع نقشه توزیع و پراکنش نسبی آلودگی صوتی در منـاطق مختلف شهـر اراک می باشد.
نقشه سازی مصرف بهینه سوخت
نقشه سازی مصرف بهینه سوخت با مبنا قرار دادن مسیرهای بهینه دسترسی مصرف سوخت (8) انجام میگیرد. براساس مطالعات صورت گرفته استقرار کاربریها در شعاع 300 متری این مسیرها میتواند ضامن دسترسی به مسیر و بالطبع مصرف بهینه سوخت باشد. برای این منظور به کمک حریم سازی در نرم افزاز ArcGIS نقشه حریم 300 متری از مسیرهای بهینه دسترسی مصرف سوخت استفاده می گردد . آنچه در این فرایند به دست میآید در واقع نقشه پتانسیل جغرافیایی بهینه استقرار کاربریهای شهری اراک برای مصرف بهینه سوخت می باشد.
نقشه سازی نهایی
در این بند نقشههای تولید شده در مراحل قبلی طی فرایندهای مکانمند وزندهی، ترکیب و آنالیز میگردند. نقشههای این مرحله در واقع پایه و اساس تفسیر مکانیابی انواع کاربری ها هستند.
نتایج و یافتهها
آنالیز مکانی کاربری های فعلی و پتانسیلهای استقرار کاربری ها شهر اراک
شناسایی و مشخص نمودن میزان و نوع و همچنین چگونگی پراکنش فعلی کاربریهای شهری قدم اول در براورد شرایط می باشد. با دستیابی به اطلاعات ذکرشده میتوان شرایط زیست محیطی شهر را تخمین زد. نقشه کاربریهای شهری (شکل 3) حاکی از تمرکز قابل ملاحظه آنها در مناطق مرکزی شهر دارد.
شکل3- توزیع کاربریهای شهری اراک
Figure 3. Land use distribution in Arak
شناسایی پتانسیل های استقرار کاربریها براساس آنچه مطرح شد براساس سه پارامتر مصرف سوخت، آلـودگــی هـوا و صـوت می باشد. با توجه به آستانههای الودگی صوتی نقشه آلودگی صوتی (شکل4) حاکی از تمرکز قابل بحث مناطق نامناسب برای توسعه به ویژه برای مناطق مسـکونی در نقـاط مرکزی شهری است
شکل 4- نقشه آلودگی صوتی ترافیکی در اراک
Figure 4. Sound pollution map in Arak
محدوده مرکزی (تیرهترین رنگ) در نقشه احتمال تجاوز آلودگی هوای شهر اراک از آستانه قابل تحمل (شکل 5) که از احتمال تجاوز بالغ بر 60 درصد برخوردار است به عنوان محدوده آلودگی هوا در نظر گرفته شد.
شکل5- نقشه احتمال تجاوز آلودگی هوای شهر اراک از آستانه قابل تحمل
Figure 5. The map shows the probability of which ground level Arak air pollution exceeds from threshold level
از این رو نقشه آلودگی هوا (شکل6، راست) نیز شرایط مشابهی دارد و احتمال بالای تجاوز از آستانه آلودگی هوا مشخصا در مناطق مرکزی شهر دیده می شود. لیکن نقشه مصرف بهینه سوخت (شکل6، چپ) از این قاعده پیروی نمیکند و نظر به دایره گسترش بیشتر مسیرهای دسترسی مربوطه توزیع جغرافیایی متوازن تری دارد.
شکل 6- نقشه آلودگی ترافیکی هوا در اراک (راست) و نقشه مصرف بهینه سوخت در اراک (چپ)
Figure 6. Traffic induced air pollution map in Arak (right) and map of optimized fuel consumption in Arak (left).
بـرآورد اولیـه کارآمـدی منطقه مطالعـاتی بـرای استقرار کاربری های شهری با ترکیب سه نقشه اخیر (شکل های 4و 5و6 چپ) حاصل میگردد که حکایت از نامناسب بودن بیش از 80 درصد منطقه برای استقرار کاربریها دارد. تطبیق آن با شرایط حاضر (شکل 3) بیانگر استقرار فاجعه آمیز و غیرقابل حل کاربریهای فعلی است. لیکن این بر آورد دارای ایراداتی به شرح ذیل است:
1) آلودگیهای هوا و صوت درحال حاضر، نتیجه تردد محدود در مناطق مسکونی و سایر کاربری هاست.
2) مسیرهای بهینه دسترسی از نحوه استقرار کاربریهای مسکونی نسبت به سایر کاربریها حاصل میشود.
با در نظر داشتن گزینه اول میتوان با با حفظ موقعیت فعلی کاربریهای مسکونی (مبداء تردد شهری) و انتقال سایر کاربریها ( مقاصد اصلی تردد شهری) به مناطق مناسب توسعه، از رفع آلودگیهای هوا و صوت در مناطق مرکزی شهر مطمئن بود. این رویکرد اگـرچه مشکلات آلودگی هوا و صوت را حل می کند، لیکن باعث بدون استفاده مانـدن بخش قابـل ملاحظهای از شهر برای توسعه می گردد. علاوه بر آن که بسیار از مناطق مسکونی همچنان فاقد دسترسی مناسبی هستند. در اینجا توجه به گزینه دوم ضروری می گردد. بدین معنی که در صورت استقرار صحیح کاربریهای شهری مسیرهای دسترسی و بالطبع مصرف بهینه سوخت محدود به مناطق شکل هفت نمیگردد. لذا در درجه اول میتوان به حفظ موقعیت فعلی مناطق مسکونی فکر کرد (شکل7 چپ). لیکن با یک رویکرد نسبتا خوشبینانه میتوان از تمامی پتانسیل های جاده ای موجود استفاده کرد و نقشه استقرار کاربریهای شهری را براساس آن تنظیم کرد (شکل 7 راست).
شکل 7- نقشه توزیع کاربری های اراک باحفظ موقعیت فعلی مناطق مسکونی (چپ) و توزیع کاربری های اراک با استفاده از تمامی پتانسیل های جاده ای موجود (راست)
Figure 8. Landuse distribution map while preservation of recent locality of residence areas (left) and Figure 9. A map of Arak landuse distribution map using all available potentials (right)
از آنجا که مناطق صنعتی ذاتا مولد انواع آلـودگی هستنـد، صرف نظر از جنبههای ترافیک و حمل و نقل، استقرار کاربریهای مسکونی-صنعتی در فضای بین کاربریهای مسکونی منطقی نیست. از این حیث با اختصـاص این منـاطق به کاربریهای مسکونی-تجاری، میتوان نقشه نهایی استقرار کاربریهای شهری به صورت شکل ده طراحی نمود. در این شرایط کماکان بخشی از مناطق مسکونی محروم از دسترسی مناسب می باشند که برای حل این معضل از یکسو و نیز بال رفتن ضریب اطمینان از کارآمدی مسیرها میتوان دو گزینه را به تناسب امکانات فنی و اقتصادی مد نظر داشت: حذف یا انتقال مناطق فاقد دسترسی و توسعه شبکه حمل و نقل در مناطق فاقد دسترسی.
شکل 8- طرح نهایی توزیع کاربری های شهری اراک
Figure 10. Final plan of urban landuse distribution in Arak
بحث و نتیجه گیری
نگاهی گذرا به توزیع مکانی کاربریهای تجاری، مسکونی و صنعتی (شکل3) حـاکـی از تمـرکـز قابـل بحث آن ها در بخش های مرکزی شهر است. از آن جا که اجرای این سناریو برای مناطق مسکونی-صنعتی و مسکونی- تجاری کم هزینه تر و کم چالش تر از مراکز تجاری و تفـریحی است، انتقـال منـاطق میتواند در اولویت قرار گیرد. از این رو اولویتهای این تحقیق برای بهینه سازی سیستم حمل و نقل اراک از منظر کاهش عوارض زیست محیطی و با توجه به ارزیابی مناطق مستعد و مـوجــود کاربـری شهـری در منطقه مطالعاتی اولویت های ذیل برای کاهش مصـرف سـوخت در منطقـه به شـرح ذیـل پیشنهـاد می گردد:
این تحقیق دربردارنده یک روش علمی برای درک درست ارتباط پارامترهای محیط زیستی، کاربریهای شهری و شبکه حمل و نقل میباشد که در چارچوب پردازش یک مدل جغرافیایی- محیط زیستی و آنالیز توسعه صحیح کاربری های شهری و جادهها نشان داده میشود. این تحقیق به برنامه ریزان و سیاستگزاران شهر اراک این امکان را میدهد که گزینههای مختلف توسعه را از ابعاد زیست محیطی (مصرف سوخت، آلودگی هوا و صوت) مورد بررسی قرار دهند. روش توسعه یافته در این سیستم برای انتخاب مکان نسبتاً دقیق کاربری ها یا مسیرها است و به عنوان ابزاری در برنامه ریزی شهری این امکان را به متخصصین امر میدهد که گزینههای مختلف را با سودمندی ها و مضراتشان بررسی کنند.
تشکر و قدردانی
بدین وسیله از معاونت پژوهشی دانشگاه اراک که با پشتیبانی مالی طرح پژوهشی داخلی، مورخ 8/10/93 و به شماره قرارداد 336/11/93 زمینه نگارش مقاله را فراهم نموده اند، قدردانی می گردد.
منابع
1- دانشیار گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک، اراک، ایران *(مسوول مکاتبات).
[2]- استادیار گروه محیط زیست، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.
[3]- Associate Professor, Department of Environment, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Arak University Arak, Iran *(Corresponding Author).
[4]- Assistant Professor, Department of Environment, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Arak University, Arak, Iran.