تحلیل تغییرات فضای سبز شهر گرگان با استفاده از متریک‌های سیمای سرزمین

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دورهبیست و دوم، شماره پنج، مرداد ماه 99

تحلیل تغییرات فضای سبز شهر گرگان با استفاده از متریک­های سیمای سرزمین

بی­بی سارا داز[1]

عطا غفاری گیلانده[2] ^*

atagafari@gmail.com

علی عزیزی[3]

چکیده

زمینه و هدف: شهرنشینی سریع به­همراه تغییرات زیاد در پوشش اراضی، باعث اختلال در ساختار و  عملکردهای زیست­محیطی مرتبط با فضاهای سبز شهری شده است. شناسایی و درک این تغییرات برای بهبود وضعیت در هر مکانی امری لازم و اجتناب ناپذیرمی­باشد.    بر همین اساس هدف از این مطالعه بررسی تغییرات فضای سبز شهر گرگان با استفاده از متریک­های سیمای سرزمین و به­کارگیری  تکنیک­های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی می­باشد.

روش بررسی: در این پژوهش جهت تهیه نقشه­های کاربری/پوشش اراضی شهر گرگان از تصاویر سنجنده­های ماهواره­های لندست متعلق به سال­های 1987، 2001 و 2014 استفاده شده است. به طوری­که پس از انجام عملیات پیش­پردازش، طبقه­بندی تصاویر به روش طبقه بندی نظارت شده با به کارگیری الگوریتم حداکثر احتمال انجام گرفت و نقشه­های مورد نظر در سه کلاس اراضی ساخته شده، فضای سبز و سایر کاربری­ها تهیه گردید. سپس جهت بررسی روند تغییرات لکه­های سبز شهری از متریک­های مساحت طبقه، تعداد لکه، میانگین اندازه لکه، میانگین شکل لکه  و تراکم حاشیه استفاده شد.

یافته­ها: یافته­های حاصل از بررسی تغییرات زمانی فضای سبز شهر گرگان نشان داد که بین سال­های 1987 تا 2014 مقدار زیادی از اراضی سبز به ویژه اراضی کشاورزی و جنگلی کاهش یافته و بر میزان اراضی ساخته شده اضافه شده است. به­طوری­که طی این 27 سال اراضی ساخته شده با میزان 86/15 کیلومترمربع روند افزایشی و در مقابل فضای سبز با مقدار  53/6 کیلومتر مربع روند کاهشی را داشته­اند. همچنین بررسی و تحلیل متریک­های سیمای سرزمین نیز حاکی از کاهش تعداد و اندازه لکه­های سبز همراه با تکه تکه شدن و از هم گسیختگی آن­ها ­می­باشد. 

بحث و نتیجه­گیری: نتایج حاصل از بررسی روند تغییرات پوشش اراضی طی 27 سال نشان داد که فضاهای سبز به میزان قابل توجهی همراه با تکه­تکه شدن، روند کاهشی را داشته است. بنابراین به کارگیری رویکردهای جدید اکولوژیک در کنار سایر روش­های مطالعات فضاهای سبز در برنامه­ریزی­های شهری ضروری می­باشد. 

واژه های کلیدی: اکولوژی سیمای سرزمین،  سنجش از دور، شهر گرگان، فضای سبز شهری ، متریک­های سیمای سرزمین.

Analyzing of Urban Green Space Changes in Gorgan City

Using Landscape Metrics

Bibisara Daz[4]

Ata Ghaffari Gilandeh[5]*

atagafari@gmail.com

Ali Azizi[6]

Abstract

Background and Objective: Rapid urbanization and vast changes in land cover have disrupted the urban green patches environmental structure and functions. Identifying and understanding these changes is necessary to improve the urban green patches situation in any place. Accordingly, the aim of this study is to evaluate the changes of green patches of Gorgan City using landscape metrics, remote sensing and geographical information system techniques.

Method: In this research, Landsat satellite images for 1987, 2001, and 2014 have been used to provide land use/cover maps of Gorgan City. After conducting the preprocessing, classification of the images was done using the supervised method and the maximum likelihood algorithm. Then the maps were reclassified in three classes namely built-up areas, green patches and other land uses. Afterwards, in order to investigate the changes in urban green patches, landscape metrics including Class Area, Number of Patch, Mean Patch Size, Mean Size Index and Edge Density was used.

Findings: Findings show that from 1987 to 2014, green patches, especially agricultural and forest lands, has been decreased and built-up areas has been increased. During these 27 years, built-up areas have increased approximately 15/86 km² and green patches have decreased approximately 6/53 Km². Also, the analysis of landscape metrics shows a decrease in the number and size of green patches due to fragmentation and disintegration.

Discussion and Conclusion: The results of 27 years’ green patches dynamic in Gorgan City show that the green patch of the city has been significantly reduced and fragmented. Therefore, studying urban green patch changes using new ecological approaches and methods, is necessary in any urban planning.

Keywords: Landscape Ecology, Remote Sensing, Gorgan City, Urban Green Patch, Landscape Metrics.

مقدمه

فضاهای سبز شهری می­تواند به­عنوان فضاهای باز با مقدار قابل توجهی از پوشش گیاهی تعریف شود که عمدتاً به­عنوان مناطق نیمه- طبیعی وجود دارند (1 و 2). این فضاها در شهرها به­­صورت مناطق نیمه­ طبیعی، پارک­ها و باغ­های طراحی شده و تحت مدیریت و نیز پوشش­های گیاهی کوچک جدا از هم که در ارتباط با جاده­ها و سایر مناطق باز شهری ایجاد شده­اند، می­باشند (3). فضاهای سبز به عنوان یک جزء حیاتی از اکوسیستم­های شهری علاوه بر ارزش زیباشناختی، زیستگاه­هایی را برای بسیاری از گونه­ها فراهم کرده (4)، همچنین می­توانند منافع اقتصادی و اجتماعی قابل توجهی از جمله ارایه مکان­های تفریحی مناسب، کاهش استرس­های ناشی از خستگی­های کاری و افزایش ارزش مالکیت داشته باشند (2). در مجموع فضاهای سبز شهری به­ویژه پارک­ها، جنگل­ها و مزارع که  سه نوع اصلی از فضای سبز شهری هستند به­عنوان بخش مهمی از اکوسیستم پیچیده شهری، دارای کارکردهای اکولوژیکی، اجتماعی و اقتصادی قابل توجهی می­باشند (5).

امروزه رشد سریع شهرنشینی، به­طور مداوم باعث تبدیل مقدار زیادی از سطوح سبز به سطوح نفوذ ناپذیر در سراسر جهان شده که اثرات مخربی را بر محیط زیست تحمیل کرده است. در طی فرآیند شهرنشینی نیاز به زیر­ساخت­های بیش­تر هم­چون شبکه­های حمل و نقل شهری و مکان­هایی برای ایجاد مسکن و محل کسب و کار، باعث می­شود که اراضی طبیعی، کشاورزی، فضاهای باز و حریم رودخانه­ها مورد استفاده زیاد قرار گرفته که در نهایت منجر به کاهش میزان قابل توجهی از اراضی باز و سبز در مناطق شهری می شود. این روند به ویژه در کشورهای در حال توسعه بیش­تر از کشورهای توسعه یافته قابل مشاهده می­باشد (6).

شهر گرگان به­ عنوان مرکز استان گلستان و یکی از بزرگ­ترین شهرهای مناطق شمالی، مانند سایر شهرهای ایران در دهه­های اخیر به ویژه بعد از کسب مرکزیت استان دچار رشد سریع و گسترش فیزیکی و کالبدی نامتعادل شده است. این­گونه رشد باعث تغییرات کاربری اراضی، به ویژه تغییرات کمی و کیفی فضای سبز شده که در نتیجه با کاهش عملکرد و خدمات اکولوژیکی آن به یک مسأله اساسی تبدیل شده است. پرداختن به مساله مذکور به منظور حصول حداکثر پایداری و نیز حفظ و بهبود عملکرد فضاهای سبز به­عنوان ساختارهای اکولوژیک شهری در کنار حفظ، گسترش و توزیع مناسب فضای سبز در سطح شهر، در وهله نخست نیازمند شناسایی روندها و الگوهای موجود با استفاده از ابزارها و نگرش­های جدید می باشد.

از آنجایی که فضاهای سبز نقش مهمی را در تغییرات اکولوژیک و محیط زیستی ایفا کرده و به عنوان عنصر کلیدی در توسعه پایدار به شمار می­رود (7). بنابراین لازم است تا سیستم فضای سبز شهری به گونه­ای مدیریت و برنامه­ریزی شود که هم انسان و نیازهای زندگی شهری و هم طبیعت و نیازهای اکولوژیکی آن در نظر گرفته شود. بر این اساس و همچنین با توجه به تأثیراتی که یک برنامه­ریزی اشتباه می­تواند بر تخریب ساختارهای اکولوژیک طبیعی همانند پوشش گیاهی (جنگل­ها و مراتع) و شبه طبیعی (اراضی کشاورزی و باغ­ها) در درون و مجاورت شهر­ها و در نتیجه کاهش تنوع زیستی و پایداری فرآیند­های اکولوژیک یک منطقه داشته باشد لزوم توجه به اصول اکولوژیک در برنامه­ریزی کاربری اراضی  امری ضروری می­باشد (8) . امروزه نگرش­ها و رویکردهای اکولوژیک یکی از مهم­ترین مباحث روز دنیا در برنامه­ریزی کاربری اراضی به­ویژه برنامه­ریزی شهری به­شمار می­رود­ (9). مطابق نظر بوث[7]یک برنامه­ریزی شهری کارآمد نمی­تواند بدون توجه به اصول اکولوژی صورت گیرد. در همین راستا اکولوژی سیمای سرزمین[8]، به­عنوان علم مطالعه­ سیمای سرزمین­ به ­ویژه با تاکید بر ساختار و کارکرد آن­ها می­باشد که شهرها به­عنوان یک سیمای سرزمین ناهمگن می­توانند از دیدگاه این علم مورد بررسی و مطالعه قرار گیرند (10). با توجه به مباحث مذکور و اهمیت مسأله و این­که تا کنون مطالعه­ای با این رویکرد برای شهر گرگان صورت نگرفته است، در این پژوهش با استفاده از رویکرد اکولوژی سیمای سرزمین و بکارگیری متریک های آن، به بررسی وضعیت فضای سبز شهر گرگان پرداخته شده است. به طوری که نتایج حاصل از این پژوهش می­تواند نقطه آغاز و گامی مؤثر جهت به­کارگیری این رویکرد و استفاده از مؤلفه­های آن در برنامه­ریزی، مدیریت و طراحی فضاهای سبز شهر گرگان باشد.

 مبانی نظری

اکولوژی سیمای سرزمین و فضای سبز شهری

اکولوژی سیمای سرزمین زیرمجمو­عه‌ای از اکولوژی و جغرافیا است که نشان می‌دهد چگونه تغییر مکانی سیمای سرزمین فرآیندهای اکولوژیکی مانند توزیع و جریان انرژی و پراکنش مواد و افراد در محیط را تحت تأثیر قرار می‌دهد (11)اکولوژی سیمای سرزمین مطابق با تعاریف فورمن و گودرون (1986) مطالعه ساختار[9]، عملکرد[10] و تغییر[11] در منطقه­ای ناهمگن با اکوسیستم­هایی که در تعامل باهم هستند (12).از آن­جا که اکولوژی سیمای سرزمین با مفهوم توسعه پایدار ارتباط بسیار نزدیکی دارد، تئوری­های مربوط به اکولوژی سیمای سرزمین درهای تازه­ای را به روی برنامه­ریزی و طراحی منظر گشوده است و علاقه فزاینده به مباحث آن در قرن حاضر در سیاست­های برنامه­ریزی شهری نیز بازتاب داشته است (7).

از دیدگاه اکولوژی سیمای سرزمین، شهرها موزاییک­های[12] ویژه­ای هستند که برای مقاصد مسکونی، تجاری، صنعتی و زیربنایی در ترکیب با فضای سبز ساخته شده­اند. فضای سبز شهری متنوع بوده که شامل فضاهای سبز طراحی شده[13] همانند پارک­ها، باغ­ها و مناطق تفریحی و همچنین فضاهای سبز نیمه طبیعی، انواع پوشش گیاهی بومی و نیز زیستگاه­های خاص شهری مانند سایت­های صنعتی متروک[14] و باغ­ها می­باشد. این موزاییک از زیستگاه می­تواند به­طور مفید توسط اکولوژی سیمای سرزمین مورد مطالعه قرار گرفته و درک شود (13). به­طوری­که در سال‌های اخیر با رشد شهرنشینی و از بین رفتن فضاهای سبز و اراضی نیمه‌طبیعی شهرها، ترکیب و توزیع فضایی مناسب لکه‌های فضای سبز از دیدگاه سیمای سرزمین مورد مطالعه قرارگرفته است (11).

درک الگوی فضای سبز شهری و بررسی پویایی فضایی و زمانی آن اطلاعات با ارزشی را جهت برنامه­ریزی شهری به­دست می­دهد. در این راستا اکولوژی سیمای سرزمین راه­ها و روش­هایی را برای درک پویایی فضاهای سبز شهری فرآهم می­آورد (13) و متریک­های سیمای سرزمین به­عنوان یک ابزار تحلیلی مؤثر در سال­های اخیر عموماً جهت تحلیل ساختار فضایی و عملکردی فضاهای سبز به ویژه جهت انجام ارزیابی کیفیت اکولوژیکی به­کار گرفته شده است (14). این متریک­ها ابزار بسیار مناسبی برای بیان الگوی موزاییک فضاهای سبز شهری و تغییرات آن در ارتباط با فرآیندهای شهرنشینی و تحت اثر بشر می­باشد که با استفاده از آن­ها می­توان اثر فرآیندهای مذکور را بر ویژگی­های اکولوژیکی محیط زیست تفسیر نمود (15).

 سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در مطالعات فضای سبز شهری

به دنبال توسعه سامانه­های اطلاعات جغرافیایی[15] و در دسترس قرار گرفتن تصاویر ماهواره­ای، پیشرفت­های زیادی در کمی سازی محیط­زیست از نظر معیارهای سیمای سرزمین صورت گرفته است (16). پیشرفت در تکنولوژی سنجش از دور موجب پیشرفت در تولید نقشه‌های کاربری اراضی و پوشش اراضی شده است که این نقشه‌ها در مطالعات اکولوژی سیمای سرزمین نقش بسیار مهمی دارد (11). امروزه با توجه به کیفیت نامطلوب محیط زیست شهری و تلاش به سمت توسعه پایدار، داشتن اطلاعات به روز در ارتباط با تحولات فضای سبز شهری لازم و ضروری می­باشد؛ بنابراین سنجش از دور به­دلیل بهره­­گیری از تصاویری با امکان پوشش مکرر از مناطق، کیفیت تصویری مناسب و هزینه کم به عنوان یکی از توسعه یافته­ترین ابزار تشخیص تغییرات، به منظور نقشه­برداری شهری توسعه یافته است (17). 

همچنین سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی در تهیه اطلاعات لازم و ترکیب لایه‌های اطلاعاتی مورد نیاز در آنالیزهای سیمای سرزمین  به‌کار گرفته می‌شود. به طوری که پس از استخراج اطلاعات از داده‌های سنجش از دور، این لایه‌ها با یکدیگر ترکیب و برخی از آنالیزهای سیمای سرزمین روی کاربری اراضی و پوشش زمین توسط  GISصورت گرفته و در پایگاه داده ذخیره می‌شوند. الگوهای سیمای سرزمین را می‌توان بوسیله‌ی نرم‌افزار  GISو نرم‌افزارهای آنالیز سیمای سرزمین شناسایی کرد. در این بین الحاقیه[16] Patch Analyst در Arc View و Arc GIS آنالیز مکانی لکه‌های سیمای سرزمین را امکان‌پذیر می سازد. این الحاقیه در دو نسخه  Patch Analyst و Patch grid  موجود است که نسخه  Patch Analyst برای آنالیز لایه‌های وکتوری و نسخه Patch grid برای آنالیز لایه‌های رستری می‌باشد. (11). بنابراین تصاویر سنجش از دور به همراه سیستم اطلاعات جغرافیاییمی­تواند یک ابزار ارزش­مند جهت ارزیابی ساختارهای فضای سبز و نیز ابزاری مؤثر جهت حفظ و نظارت بر فضاهای سبز و باز شهری باشد. ترکیب سیستم اطلاعات جغرافیاییبا دیگر منابع برای داده­ها مثل تصاویر سنجش از دور و عکس­های هوایی، به ارایه راه­حل­های خلاقانه و جایگزین در مدیریت و نظارت سبزینگی شهری[17] می­پردازند که می­تواند به­طور گسترده­ای در برنامه­ریزی سیمای سرزمین شهری پذیرفته شده و درک بهتری از الگوی مکانی و تغییرات کاربری زمین در منطقه ارائه دهد (18).

پیشینه پژوهش

مطالعات و پژوهش­های متعددی طی سال­های اخیر در ارتباط با تغییرات کاربری و پوشش اراضی به­ویژه فضاهای باز و سبز شهری با رویکرد اکولوژی سیمای سرزمین و متریک­های آن انجام شده است؛ از جمله وو و همکاران[18] (2015)  به بررسی تغییرات الگوی سیما و فضای سبز با استفاده از تکنیک­های سنجش از دور، جی­آی­اس و شاخص­های سیمای سرزمین، در شهرک هیورون تاوون شیپ[19] مبادرت نمودند. نتایج مطالعات آن­ها حاکی از مشکلات مهم از جمله کاهش تنوع در سیمای سرزمین و خردشدگی فضای سبز می­باشد (19). تانگ و ژانگ[20] (2013) نیز در شهر شین­یانگ[21] به آنالیز الگوی فضای سبز شهری بر مبنای داده­های تصاویر ماهواره پرداختند. نتایج حاصل از پژوهش نشان داده است که تغییر قابل توجه الگوی فضای سبز شهری می­تواند با استفاده از متریک­های سیمای سرزمین در هر نقطه محلی کمی شوند (20). دنگ و همکاران[22] (2009) با استفاده از تصاویر ماهواره­ای و متریک­های فضایی به بررسی و  ارزیابی تغییرات کاربری زمین و الگوی سیمای سرزمین طی سال­های 1999 تا 2006 پرداخته­اند. نتایج حاصل از مطالعات آن­ها نشان داده که روند شهرنشینی اثرات قابل توجهی را در تغییر الگوی سیمای سرزمین داشته است (21).

در ایران نیز طاهری و همکاران (1394) جهت بررسی توزیع فضای سبز شهر کرج از تحلیل گرادیان و متریک­های سیمای سرزمین استفاده کردند. نتایج این بررسی منعکس کننده این واقعیت بود که نحوه­ی ترکیب و توزیع فضایی فضای سبز به دلیل سیاست­های اشتباه برنامه ریزان در مکان­یابی و احداث پوشش فضای سبز، در شرایط مطلوبی نمی­باشد (22). اولاد غفاری و منوری (1391) به مطالعه روند تغییرات الگوی فضایی شهر تبریز براساس اصول اکولوژی سیمای سرزمین، با استفاده از تصاویر ماهواره­ای و متریک­های منظر بین سال­های 1987 تا 2006 پرداخته­اند که نتایج بررسی و آنالیز، حاکی از عدم وجود تعادل بین سطوح ساخته شده و فضای سبز در سطح شهر بود (23). رفیعی و همکاران (2009) به انجام مطالعه­ی پژوهشی با هدف بررسی میزان تغییرات در وسعت و الگوهای فضای سبز شهر مشهد طی دهه­های گذشته و تجزیه و تحلیل عملکرد آن با استفاده از اصول اکولوژی سیمای سرزمین پرداختند (24).

 مواد و روش­ها

 منطقه مورد مطالعه

شهرگرگان مرکز استان گلستان و از شهرهای مهم اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی استان و منطقه شمالی کشور می­باشد که در ارتفاع متوسط 155 متری از سطح دریاهای آزاد قرار گرفته است. این شهر بر روی مخروطه‌‌افکنه رودخانه زیارت که جزو حاصل­خیزترین زمین­های استان می­باشد گسترش یافته است. همچنین به دلیل قرارگیری بین دشت وسیع و حاصلخیز و کوه­های پوشیده از جنگل از موقعیت جغرافیای و اقلیمی ممتازی برخوردار می­باشد. شکل 1 موقعیت شهر گرگان در کشور و استان را نشان می­دهد. براساس مطالعات طرح جامع گرگان (25) کابری فضای سبز شهرگرگان شامل پارک و فضای سبز عمومی، اراضی کشاورزی و باغات، محوطه­های اداری و آموزشی، باغ – مسکونی و فضاهای سبز حفاظتی می­باشد و در حال حاضر گرگان علاوه بر پارک جنگلی ناهار خوران و پارک جنگلی  هزار پیچ، دارای یک پارک شهر و 27 پارک محله­ای می­باشد. همچنین مسیل­های رودخانه­ی زیارت و انجیرآب، از مهم­ترین رودخانه­های واقع در حریم شهر گرگان می­باشد که در محدوده شهر گرگان قرار دارند.

شکل 1- موقعیت محدوده مورد مطالعه

Figure 1. Location of the study area

داده­های مورد استفاده در پژوهش

به منظور درک تغییرات زمانی- مکانی فضای سبز شهر گرگان، در این پژوهش، داده­های سنجش از دور شامل تصاویر سنجنده­های ماهواره­های لندست مورد استفاده قرار گرفت (جدول 1). انتخاب این تصاویر به­دلیل داشتن مزیت­هایی از جمله دسترسی رایگان، دید وسیع و یکپارچه، چند طیفی بودن تصاویر و نیز پوشش تکراری تصاویر در دوره­های زمانی مختلف می­باشد. بعد از اخذ تصاویر مورد نظر از سایت زمین شناسی آمریکا (USGS)[23] به شماره گذر 163 و ردیف 34 محدوده­ی مورد مطالعه بعد از انجام عملیات ترکیب باندی جهت انجام مراحل بعدی تحقیق جدا گردید.

جدول1- مشخصات تصاویر ماهواره لندست مورد استفاده در مطالعه

Table 1. Characteristics of Landsat satellite images used in the study

روش پژوهش

در این پژوهش جهت تصحیح هندسی، از تصاویر گوگل ارث به منظور انتخاب نقاط کنترلی از تصویر ماهواره­ای مربوط به سال 2014 استفاده شد؛ و عمل نمونه­گیری مجدد با استفاده از روش درون­یابی نزدیک­ترین همسایه انجام شد. تصحیح هندسی تصاویر سال­های 2001 و 1987 نیز با استفاده از روش تصویر به تصویر و با مبنا قرار دادن تصویر سال 2014 و حذف نقاط کنترلی با خطای زیاد در نرم­افزار ENVI5 انجام شد. به این ترتیب مقدار ریشه متوسط مربع خطای قابل قبول (کمتر از 5/0 پیکسل) برای هر کدام از تصاویر   به­دست آمد. همچنین جهت افزایش توان برای تفسیر بصری در مرحله طبقه­بندی از بین روش­های بارزسازی تصاویر از روش بسط خطی[24] استفاده گردید.

 از مهم‌ترین روش­های استخراج اطلاعات از تصاویر سنجش از دور طبقه‌بندی است که به کاربران امکان تولید انواع نقشه‌ها از جمله نقشه­ پوششی و تغییرات را می‌دهد. انتخاب سیستم طبقه­بندی کاربری اراضی به­خاطر این­که نتایج و تفاسیر بعدی را تحت تأثیر قرار می­دهد بسیار مهم می­باشد (26). در این مطالعه با توجه به وضوح تصاویر و نیز مورد مطالعه که بررسی تغییرات فضای سبز شهری می­باشد؛ سیستم طبقه­بندی کاربری/پوشش اراضی شامل طبقات مناطق ساخته شده، فضاهای سبز و سایر کاربری­ها مطابق با جدول 2 انتخاب شد. 

جدول 2- نام طبقات و توصیف آن­ها

Table 2. The names of the classes and their descriptions

جهت انجام طبقه­بندی از روش نظارت شده تحت الگوریتم حداکثر احتمال استفاده شد؛ و به منظور تهیه نقاط آموزشی، از تصاویر گوگل ارث، روش تفسیر چشمی و نیز اطلاعات نگارندگان از کاربری­های منطقه و ایجاد ترکیب باندی کاذب در تصاویر (ترکیب باندی 4، 3 و 2 برای تصاویر سال­های 1987 و 2001، ترکیب باندی 4، 5 و 3 برای تصویر سال 2014)، استفاده گردید.

 در ادامه به منظور بررسی و درک وضعیت ساختاری فضای سبز از متریک­های سیمای سرزمین استفاده گردید. از آنجا که متریک­های سیمای سرزمین بهترین راه برای مقایسه وضعیت سیمای سرزمین طی زمان و ابزار مناسبی برای یافتن ارتباط دقیق بین ساختار و عملکرد کاربری­های مختلف سیمای سرزمین می­باشد (27)؛ بنابراین در این تحقیق جهت بررسی تغییرات مکانی فضاهای سبز از 5 متریک مساحت طبقه[25]، تعداد لکه[26]، میانگین اندازه لکه[27]، میانگین شکل لکه[28] و تراکم حاشیه[29] استفاده شده است که شرح هر کدام از آن­ها در جدول 3 بیان شده است. این متریک­ها با توجه به مطالعات و پژوهش­های قبلی که بیش­تر در زمینه مطالعات شهری و به­ویژه در مطالعات فضاهای سبز به­کار گرفته شده است، انتخاب شده­اند. برای محاسبه مقادیر این متریک­ها از الحاقیه Patch Analyst در نرم افزار Arc GIS 10.2 استفاده شد.

جدول 3- شرح متریک­های مورد استفاده در مطالعه

Table 3. Description of metrics used in the study

نتایج

 ارزیابی دقت طبقه بندی نقشه­ها

به­منظور ارزیابی صحت نقشه­های به­دست آمده از طبقه­بندی تصاویر ماهواره­ای، نمونه­های آموزشی به عنوان نقاط واقعیت کنترل زمینی برای هر کلاس به صورت تصادفی از سطح منطقه مورد مطالعه جمع­آوری شد و سپس با استفاده از ماتریس خطای طبقه­بندی، صحت کلی و ضریب کاپا محاسبه گردید. نتایج به­دست آمده از برآورد ماتریس خطا برای هر سه سال در جدول 4 قابل مشاهده می باشد.

جدول 4- نتایج صحت کلی و ضریب کاپا در طبقه بندی تصاویر

Table 4. The results of the overall accuracy and Kappa coefficient in images classification

تحلیل میزان تغییرات فضای سبز

 استخراج طبقه فضای سبز به­همراه دیگر طبقات کاربری اراضی از داده­های تصاویر چندزمانه ماهواره­ای بیان­گر واقعیت­های زمینی قابل توجهی از پویایی فضاهای سبز شهر گرگان در طی سال­های 1987 تا 2014 می باشد. نقشه­های پوشش اراضی به دست آمده از این تصاویر به وضوح چگونگی کاهش فضاهای سبز در طی دوره زمانی مورد مطالعه در منطقه را به تصویر می­کشد (شکل 2). محاسبه مساحت پوشش اراضی و بررسی تغییرات آن، کاهش فضاهای سبز در طی دوره زمانی 27 ساله را در مقابل مناطق ساخته شده نشان می­دهد (جدول 5). با توجه به نتایج محاسبات در سال 1987 فضای سبز شهر گرگان از 40/16 کیلومتر مربع به 85/11 کیلومتر مربع در سال 2001 رسیده است؛ بنابراین در طی این 14 سال فضای سبز به میزان 02/13 درصد کاهش یافته است. در فاصله زمانی بین سال­های 2001 تا 2014 نیز همچنان به دلیل افزایش جمعیت و در نتیجه تغییرات افزایشی مناطق ساخته شده به میزان 56/5 درصد، از میزان فضاهای سبز کاسته شده، به­طوری­که از مقدار 85/11 کیلومتر مربع درسال 2001 به 87/9 کیلومترمربع در 2014 رسیده است.

شکل 2- نقشه­های پوشش اراضی شهر گرگان (1987، 2001 و 2014)

Figure 2. The land cover maps of Gorgan City (1987, 2001 and 2014)

جدول 5- مساحت پوشش اراضی منطقه مورد مطالعه بین سال­های 1987، 2001 و 2014

Table 5. Area of land cover in the study area between 1987, 2001 and 2014

تحلیل تغییرات ساختاری فضای سبز

پس از تهیه نقشه­های پوشش اراضی و محاسبه و تحلیل تغییرات زمانی آن­ها، مقادیر هر کدام از متریک­های منتخب در محیط نرم افزاری جی آی اس و با الحاقیه Patch Analyst  جهت مقایسه و تحلیل تغییرات ساختاری فضاهای سبز محاسبه شد. جدول 6 مقادیر متریک­های فضای سبز و مناطق ساخته شده را که برای هر کدام از سه سال محاسبه شده است نشان می­دهد.

بررسی تغییرات متریک مساحت طبقه و تعداد لکه نشان می­دهد که در سال 1987 لکه­های سبز به تعداد 323، مساحتی در حدود 40/16 کیلومتر مربع، در سال 2001 با تعداد 319 مساحتی حدود 85/11 کیلومتر مربع را پوشش داده بودند و در سال 2014 با تعداد 280، مساحت 87/9 کیلومتر مربع را پوشانده است (جدول 6). مقایسه این سه سال نشان می­دهد که طی بازه زمانی 1987-2001، 02/13 درصد، بین سال­های 2001 و 2014، 56/5 درصد و در کل بین بازه زمانی 1987 تا 2014، 74/2 درصد از میزان اراضی سبز کاهش یافته است (جدول 5). همچنین مقادیر متریک میانگین اندازه لکه در طی این بازه زمانی با توجه به جدول 6 کاهش یافته است. به­طوری که از مقدار 1/5 هکتار در سال 1987 به 9/3 هکتار در سال 2014 رسیده است. این کاهش در مقدار میانگین اندازه           لکه­های سبز در ارتباط با اثرات گسترش شهری حاکی از افزایش تخریب در پوشش گیاهی می­باشد. با افزایش مقدار متریک میانگین شاخص شکل به­طور نامحدود شکل لکه نامنظم­تر می­شود و هر چقدر عدد به­دست آمده برای این شاخص کوچک­تر باشد، نسبت محیط به مساحت کم­تر بوده که این ویژگی از دیدگاه اکولوژیک وضعیت مطلوب­تری را نشان می­دهد. مقادیر این متریک در محدوده مورد مطالعه، بین سال­های 1987 تا 2001 از 41/1 به 75/2 و در سال 2014 به 38/2 در لکه­های سبز شهر رسیده است که این افزایش به ویژه  در طی بازه اول زمانی حاکی از افزایش مناطق ساخته شده شهری به تبع افزایش جمعیت و نیز گسترش افقی و نامتعادل شهر می­باشد.

جدول 6- تغییرات متریک ها برای کلاس فضای سبز و مناطق ساخته شده

Table 6. Changes of metrics for green space and built-up

برای کلاس مناطق ساخته شده متریک مساحت طبقه 6/6، 44/16، 92/21 کیلومتر مربع و تعداد لکه­ها 113، 201، 143 به ترتیب برای سال­های 1987، 2001 و 2014 می­باشد. افزایش در وسعت و در عین حال افزایش تعداد لکه­ها بین سال­های 1987 و 2001 می­تواند حاکی از رشد پراکنده شهری  باشد. این امر همچنین با توجه به افزایش زیاد جمعیت و رشد سریع شهرنشینی در این دوره می­تواند  بیان­گر عدم مدیریت کارامد کاربری ها نیز باشد. متریک میانگین اندازه لکه کاربری ساخته شده نیز نسبت به فضای سبز روند افزایشی داشته است. به طوری­­که متوسط اندازه لکه­های مناطق ساخته شده از 31/5 هکتار در سال 1987 به 76/8 و 92/15 در سال­های 2001 و 2014 رسیده است. بر اساس این واقعیت می­توان گفت که رشد لکه­های شهری در بین کاربری سبز و فضاهای باز باعث خردشدگی فضاهای سبز شده است. قابل ذکر می باشد که مقدار متریک میانگین شکل لکه برای کلاس مناطق ساخته شده بین این بازه زمانی تغییرات زیادی نداشته است.

مقادیر به دست آمده از محاسبه متریک تراکم حاشیه نشان می­دهد که مقدار تراکم حاشیه در مناطق ساخته شده روند افزایشی را داشته در حالی­که برای طبقه فضای سبز این میزان کاهش پیدا کرده است (جدول 5).  با وجود این­که این کاهش را  می­توان مثبت تلقی کرد ولی به دلیل گسترش زیاد و پراکنده در وسعت مناطق ساخته شده و در نتیجه پراکندگی و خرد شدگی فضاهای سبز، سیمای سرزمین در طی این دوره زمانی در منطقه مورد مطالعه دچار تجزیه شده است.

نتیجه گیری و پیشنهادات

بررسی تغییرات زمانی فضای سبز شهر گرگان نشان داده است که در طی 27 سال اخیر، مقدار زیادی از اراضی سبز به ویژه اراضی کشاورزی و جنگلی در نتیجه سیاست­ها و برنامه­های گسترش شهری، به صورت اراضی خالی و رهاشده تغییر کاربری داده و به طبقه شهر افزوده شده­اند. به­طوری­که بین سال­های 1987 تا سال 2014 اراضی ساخته شده با میزان 86/15 کیلومترمربع (73/45 درصد تغییرات مثبت) روند افزایشی و در مقابل فضای سبز با مقدار  53/6 کیلومتر مربع  (58/18 درصد تغییرات منفی) روند کاهشی را داشته­اند.

بررسی و تحلیل نتایج حاصل از محاسبه تغییرات متریک­ها نیز حاکی از این است که کاهش مساحت اراضی سبز به همراه کاهش تعداد آن­ها نشان­دهنده خرد شدن لکه­های بزرگ سبز به دلیل افزایش ساخت وسازهای شهری با گذشت زمان می­باشد. همچنین با توجه به کاهش اندازه لکه­های سبز (متریک میانگین اندازه لکه) و ریز دانه شدن آن­ها نیز می­توان گفت که پایداری لکه­های سبز در طی گذشت زمان کاهش پیدا کرده است. از طرفی کاهش مقدار متریک میانگین شکل لکه در طی بازه زمانی 2001 تا 2014 نسبت به فاصله زمانی 2001-1987 را نمی­توان را مثبت تلقی کرد؛ چرا که تفسیر این متریک با در نظر گرفتن متریک­های دیگر نشان ­دهنده این موضوع است که در طی زمان نیروهای مؤثر در روند تغییرات ساختار فضاهای سبز باعث شده تا لکه­های درشت به لکه­های ریز و منقطع تبدیل شود. این روند تغییر و تبدیل می تواند نشان­دهنده کاهش پیوستگی بین لکه­های سبز و در نتیجه کاهش عملکرد و پایداری اکولوژیک اراضی سبز محدوده مورد مطالعه ­باشد.همچنین مقایسه و تحلیل متریک تراکم حاشیه لکه های سبز در ارتباط با مناطق ساخته شده شهری حاکی از پیش­روی تخریب در سیمای سرزمین منطقه می­باشد.

در مجموع نتایج حاصل از بررسی تغییرات لکه­های سبز در ارتباط با توسعه ساخت و سازهای شهری نشان می­دهد که این تغییر و تبدیلات می تواند باعث کاهش عملکردها و خدمات فضاهای سبز به عنوان بخشی مهم دراکوسیستم­های پیچیده شهری ­شود. از جمله این موارد می­توان به افزایش جاری شدن سیل و روان­آب­های حاصل از بارندگی در سطح شهر و مناطق اطراف محدوده شهری گرگان   در طی دهه‏های اخیر اشاره کرد که حاکی از کاهش پایداری عملکرد اکولوژیک فضاهای سبز در ارتباط با مناطق شهری می­باشد. ادامه روند تغییرات پوشش و کاربری اراضی در شهر به این صورت موجب تخریب اراضی سبز و تغییر در توسعه فضای شهری به شکل ناموزون خواهد شد که توجه مسؤلین و مدیران شهری را نسبت به این امر، ضروری می­سازد. بنابراین جهت بهبود و ارتقاء عملکردهای اکولوژیکی فضاهای سبز شهر گرگان پیشنهادات اجرایی و پژوهشی در راستای  مدیریت و برنامه­ریزی فضاهای سبز شهری، به صورت زیر ارایه شده است. 

1- حفاظت از فضاهای سبز موجود با وسعت زیاد و اتصال این قطعات بزرگ توسط قطعات کوچک‏تر یا کریدورهای طبیعی رودخانه­ها جهت ایجاد پیوستگی در ماتریس طبیعی شهر. به‏عنوان مثال حفاظت از لکه‏های سبز بزرگ پارک شهر‏، باغات و محوطه‏های بزرگ اداری که دارای فضاهای باز و سبز وسیع هستند و ... در این خصوص به­ویژه در خصوص باغات خصوصی می‏توان از سیاست­های حقوق مشارکتی مانند مشارکت حقوق بهر­ه­برداری یا انواع دیگر حمایت شهرداری مانند واگذاری بخشی از حقوق برای اطمینان از حفظ باغات و اراضی سبز و باز وسیع در شهر استفاده کرد.

2- ایجاد (توسعه) فضاهای سبز بزرگ در مناطقی از شهر که لکه‏های سبز با مساحت کم دارند و دارای پتانسیل ایجاد فضاهای سبز جدید هستند. برای این منظور می‏توان از روش ارزیابی­ تناسب فضایی – مکانی جهت مکان­یابی مناسب این گونه فضاها استفاده کرد.

3- ایجاد کمربند سبز جهت اتصال فضاهای باز و سبز درون شهری به ماتریس طبیعی بیرون شهر.

4- حفاظت و بازسازی کریدورهای رودخانه‏ها از جمله کریدورهای طبیعی رودخانه زیارت و انجیر‏آب و ایجاد حریم برای آن‏ها با استفاده از پوشش گیاهی بومی و مناسب.

5- با توجه به قابلیت­های تحلیل متریک­های سیمای سرزمین در بررسی وضعیت فضای سبز، توصیه می­شود بحث اکولوژی سیمای سرزمین در مدیریت فضای سبز مدنظر قرار گیرد تا بتوان بر اساس نتایج آن برنامه­ریزی­های مناسبی صورت گیرد.

6- این پژوهش به‏صورت گسترده‏تر و با طبقه‏بندی‏های مختلف، تصاویر با رزولوشن بالا و پیکسل‏های متفاوت، همچنین به‏کارگیری    دیگر متریک‏های اکولوژی سیمای سرزمین جهت دست یافتن به نتایج مناسب و کامل‏تر تکرار شود.

7- با استفاده از مدل‏ها و روش‏های مختلف که امروزه در مطالعات اکولوژی سیمای سرزمین کاربرد ویژه­ای دارند، از جمله آنالیز گرادیان و پهنه‏بندی­ها و نیز نرم­افزارهای مخصوص، پژوهش­های مرتبط و در استمرار پژوهش حاضر صورت گیرد.

8- نتایج این پژوهش با مطالعات کیفی در خصوص فضاهای سبز شهری و در نظر گرفتن عوامل و متغیرهای دیگر از جمله اقتصادی، جمعیتی و ... ادامه یافته و تلفیق شود، و در کل نیروها و عوامل مؤثر بر کیفیت و کمیت فضاهای سبز و نیز باز شهری مورد بررسی و مطالعه قرار گیرد.

Reference

1. Kong, F., Yin, H., Nakagoshi, N., Zong, Y,. 2010. Urban green space network development for biodiversity conservation Identification based on graph theory and gravity modeling. Landscape and urban planning, 95(1):16-27.
2. Kong, F., Nakagoshi, N., 2006. Spatial-temporal gradient analysis of urban green spaces in Jinan China. Landscape and urban Planning, 78(3):147-56.
3. M’Ikiugu, MM., Kinoshita, I., Tashiro, Y. 2012. Urban green space analysis and identification of its potential expansion areas. Procedia-Social and Behavioral Sciences, 35:449-58.
4. Li, H., Chen, W., He, W., 2015. Planning of Green Space Ecological Network in Urban Areas: An Example of Nanjing, China. International journal of environmental research and public health, 12(10):12889-904.
5. Li, J., Li, C., Zhu, F., Song, C., Wu, J. 2005. Spatiotemporal pattern of urbanization in Shanghai, China between 1989 and 2005. Landscape ecology, 28(8):1545-65.
6. Byomkesh, T., Nakagoshi, N., Dewan, A.M. 2012. Urbanization and Green Space Dynamics in Greater Dhaka, Bangladesh. Landscape and Ecological Engineering, 8(1):45-58.
7. Sadeghi Benis, M.,Banaei, V., Darayesh, R., 2013. Use of landscape metrics gradient analysis to assessment urban green space (Case study: Tabriz city). Geography and Urban planning of Zagros Landscape, 5(16):7-20. (In Persian)
8. Yusefi, E., 2011. Spatial-local Suitability Evaluation of Urban Green Space Based on Ecologic Principles: Case Study of Birjand local and regional parks. Master's Thesis for Environmental Planning and Management , Tehran University. (In Persian)
9. Sadeghi Benis, M., 2015. Using Landscape Metrics in Rihabilitaion of Urban Ecological Network (Case study: Tabriz city). Bagh-e Nazar, 12(32):53-62. (In Persian)
10.  Jafari, A., Tabibian, M., 2006. Urban and suburb planning of the new city of Shirin-Shahr using the principles of landscape ecology. Sabzineh-e Shargh, 1(12): 3-11. (In Persian)
11. Mokhtari, Z., 2010. Quantify of landscape pattern of Isfahan city. Master's Thesis for Environment. Isfahan University of Technology. (In Persian)
12. Li, J., Li, C., Zhu, F., Song, C., Wu, J. 2005. Spatiotemporal pattern of urbanization in Shanghai, China between 1989 and 2005. Landscape ecology, 28(8):1545-65.
13. Breuste, J., Niemelä, J., Snep, RP., 2008. Applying landscape ecological principles in urban environments. Landscape Ecology, 23(10):1139-42.
14. Xu, H. 2014. Ecological quality assessment of urban green spaces based on landscape metrics: A case of Nanjing, China. Computer Modelling & New Technologies. 18(12A):384-391.
15. Salmannezhad, L., feghhi, J., Makhdoum, M., Namereyan, M., 2014. Spatial Pattern Analyse of Tehran Parks by Using Landscape Metrics, 5(9): 25-34. (In Persian)
16. Mirzayi, M., Riyahi Bakhtiyari, A., Salman Mahini, A., Gholamalifard, M., 2013. Investigating the Land Cover Changes in Mazandaran Province Using Landscape Ecology’s Metrics Between 1984 - 2010. Applied ecology, 2(4): 37-55 (In Persian).
17. Odindi, J., Mhangara, P. 2012. Green spaces trends in the city of Port Elizabeth from 1990 to 2000 using remote sensing. International Journal of Environmental Research. 6(3):653-62.
18. Gupta, K., Kumar, P., Pathan, S., Sharma, K. 2012. Urban Neighborhood Green Index–A measure of green spaces in urban areas. Landscape and Urban Planning , 105(3):325-35.
19. Wu, K.L., Kuo, H.F., Zhang, D. 2015. Monitoring Landscape Changes of Rural Townships in the Cold Region of China Using RS, GIS, and Landscape Metrics. 2nd International Forum on Electrical Engineering and Automation. 368-372.
20. Tang, L., Zhang, G. 2013. The Pattern and Gradient Analysis of Urban Green Space in Shenyang, China. Communications in Information Science and Management Engineering, 3(2): 112-122.
21. Deng, JS., Wang, K., Hong, Y., Qi, J.G. 2009. Spatio-temporal dynamics and evolution of land use change and landscape pattern in response to rapid urbanization. Landscape and urban planning, 92(3):187-98.
22. Taheri Sarteshnizi, F., Feghhi, J., Danehkar, J., Babazade Khamene, A., 2014. Application of landscape metrics in gradient analysis of urban green space (Case study: district 3 of Karaj municipality). 1(2): 23-33 (In Persian).
23. Oladghaffari, P., Monavari, S.M. 2012. Physical development trend and green space destruction in developing cities: A GIS approach. Environment, development and sustainability, 15(1):167-75.
24. Rafiee, R., Salman Mahiny, A.B., Khorasani, N. 2009. Assessment of changes in urban green spaces of Mashad city using satellite data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. Issue11. P431–438.
25. Part Consulting Architects and Planners, 2013. Gorgan master plan. Housing Urban Development Golestan (In Persian).
26. Zhu, X., Wang, Y. 2011. Spatial–temporal dynamics of urban green space in response to rapid urbanization and greening policies. Landscape and Urban Planning, 100(3): 268–277.
27. Asghari, A., Jabbarian Amiri, B., Alizadeh Shabani, A., Feghhi, J., 2015. Assessting urban growth pattern in Sari using landscape ecology approach. Natural Environment (Natural Resources of Iran), 68 (1): 95-107. (In Persian)