بررسی اثرات احداث سد طالقان بر توسعه فیزیکی مناطق مسکونی بالادست سد با استفاده از GIS/RS و ارایه مدل توسعه مناطق مسکونی

علوم و تکنولوژی محیط زیست ، دوره شانزدهم، شماره ویژه 93

بررسی اثرات احداث سد طالقان بر توسعهفیزیکی مناطق مسکونی بالادست سد با استفاده از GIS/RS و ارایه مدل توسعه مناطق مسکونی

سید علیرضاپورافضل[1]

a_pourafzal@yahoo.com

علیرضا قراگوزلو[2]

میر مسعود خیرخواه زرکش[3]

سعید صادقیان[4]

چکیده

زمینه و هدف: در این تحقیق هدف بر آن است که مشخص گردد آیا احداث سد بر توسعه فیزیکی مناطق مسکونی بالا دست سد اثردارد یا خیر و اگر جواب مثبت است، آیا این توسعه بر اساس اصول علمی صورت پذیرفته است تا در نهایت مدلی ریاضی بر مبنای تحلیل‎­­های GIS ارایه شود.

روش بررسی و یافته ها: ابتدا جهت بررسی تغییرات توسعه فیزیکی مناطق مسکونی دو تصویر ماهواره­ای شامل یک فریم از سنجنده pan مربوط به ماهواره IRS-1D قبل از احداث سد طالقان و یک فریم از سنجنده Liss IV (mono) ماهواره IRS-P6 بعد از احداث سد طالقان تهیه و پس از انجام تصحیحات هندسی، اقدام به استخراج محدوده­های مسکونی گردید که مشخص شد پس از احداث سد، مناطق مسکونی از لحاظ مساحت دارای گسترش بوده­اند. با استفاده از مطالعات انجام شده قبلی در رابطه با مدل­های مختلف توسعه مناطق مسکونی، اقدام به ارایه یک مدل مناسب جهت توسعه کاربری مسکونی در محدوده مورد مطالعه گردید. در این مدل که از روش فازی تبعیت می­کند، شرایط لازم و وزن­ها جهت برقرار بودن وضعیت­های مناسب و نا­مناسب و بسیار نامناسب تعریف شد. سپس با استفاده از داده­های موجود شامل داده­های توصیفی، نقشه­های رقومی 1:25000 و دیگر مطالعات انجام شده توسط سازمان­ها و شرکت­های مشاور، اقدام به استخراج لایه­های رقومی مورد نیاز ارایه شده در مدل گردید و با توجه به مدل مذکور، لایه­های مختلف رقومی در نرم افزار ArcGIS برروی هم قرار گرفتند. پس از مشخص شدن نتایج، مناطق بسیار نامناسب، نامناسب ومناسب توسعه کاربری مسکونی مشخص گردیدند.

بحث و نتیجه­گیری: مناطق مسکونی که بر روی شرایط بسیار نامناسب می­گیرند باید تخلیه و جابه­جا شوند. اما مناطق مسکونی که در شرایط نامناسب قرار می گیرند را می توان با برنامه ریزی­های مختلف حفظ نمود. اما هیچ منطقه مناسبی جهت توسعه بیشتر کاربری مسکونی یافت نگردید که مهم­ترین عامل محدود کننده برای جلوگیری از توسعه کاربری مسکونی، عامل پوشش گیاهی و کاربری اراضی می باشد . لازم به ذکر است که در محدوده­های مسکونی موجود که در شرایط مناسب  قرار می­گیرند، توسعه فقط در همان محدوده­ها و بیشتر به صورت افزایش تراکم ارتفاعی پیشنهاد می­گردد که این پیشنهاد خود نیازمند مطالعات جامع تر( مانند مطالعات ارزیابی زیست محیطی و ...) و براساس طرح­های توسعه شهری و روستایی می­باشد.

واژه های  کلیدی: GIS، RS، مدل توسعه مناطق مسکونی، سد.

مقدمه

سدها اثرات مختلفی در محیط اطراف خود دارند که از میان آن­ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1-اثرات محیطی 2- اثرات بیولوژیکی  3-  اثرات بهداشتی  4- اثرات اجتماعی و اقتصادی(1)

بخش طالقان در شمال شرقی استان تهران و در شهرستان ساوجبلاغ با فاصله مستقیم حدوداً 120 کیلومتری  شهر تهران واقع شده است. منطقه مورد مطالعه در داخل حوضه آبخیز طالقان قرار دارد که رودخانه طالقان جریان اصلی آن را تشکیل می دهد. این رودخانه در پایین دست سد با اتصال به رودخانه الموت، رودخانه شاهرود را تشکیل می­دهند . میانگین ارتفاع کل حوضه آبخیز طالقان 2250متر و ارتفاع میانه حوضه 2232 متر می­باشد. حوضه آبخیز طالقان در ارتفاعات البرز مرکزی قرار گرفته و از مشخصه­های مهم آن ارتفاع و شیب زیاد است. جهت کلی حوضه آبخیز شرقی – غربی است. این سد بر روی رودخانه طالقان در منطقه دره طالقان در 120 کیلومتری شمال غربی تهران واقع شده است. سد از نوع سنگریزه­ای با هسته رسی می­باشد. تاریخ شروع ساختمان آن در سال 1380 و تاریخ خاتمه سال 1385 است. طول تاج 1111 متر، ارتفاع از پی 109 متر و ارتفاع از کف 103 متر می­باشد. گنجایش کل مخزن 420 میلیون متر مکعب و گنجایش مفید مخزن 329 میلیون متر مکعب است(2). پس از گذشت 3 سال از زمان احداث سد طالقان، تغییراتی دراین منطقه ازنظر به وجود آمدن کاربری­های جدید و تغییر کاربری­ها مشاهده می­گردد که به طورمستقیم و غیر مستقیم از پروژه احداث سد در این منطقه ناشی شده است. ازجمله این تغییرات گسترش مناطق مسکونی و به زیر آّب رفتن مناطق مسکونی و مقداری از زمین­های بالادست سد می­باشد. لذا موضوع بررسی این اثرات در توسعه آتی بسیار مهم است و استفاده از سامانه های GIS/RS در این بررسی جایگاه اساسی دارد .در این تحقیق موضوع اثرات احداث سد طالقان بر مناطق مسکونی بالا دست سد بررسی خواهد شد و علاوه بر استفاده از سامانه­هایGIS/RS ، مدلی نیز برای توسعه فیزیکی مناطق مسکونی ارایه می­گردد.

نمودار 1- مدل مفهومی تحقیق

نقشه 1- موقعیت حوزه آبخیز طالقان در استان و کشور

2- تصاویر ماهواره­ای و تصحیحات هندسی (RS)

جهت بررسی تغییرات کاربری مسکونی (Change Detection) در محدوده مورد مطالعه، دو فریم از تصاویر ماهواره­ای، یکی قبل از احداث سد طالقان و دیگری بعد از احداث سد طالقان، تهیه گردید تا بتوان با مقایسه و استخراج اطلاعات، میزان و وسعت محدوده تغییرات کاربری مسکونی منطقه مورد مطالعه را استخراج کرد. در این تحقیق که یکی از اهداف آن استخراج وضعیت کاربری مسکونی می­باشد نیاز به تصاویر ماهواره­ای با قدرت تفکیک بالا(High Resolution) ازنظر مکانی احساس گردید(3). نهایتاً یک فریم از سنجنده pan مربوط به ماهواره IRS-1D در زمان قبل از احداث سد طالقان و یک فریم از سنجنده Liss IV (mono) ماهواره IRS-P6 بعد از احداث سد طالقان تهیه گردید.

2-1-تصحیح هندسی تصاویر ماهواره­ای

از دو نوع مدل­سازی ریاضی چند جمله­ای و رشنال جهت تصحیح تصاویر استفاده شد و نتایج این دو نوع مدل با هم مقایسه گردیدند:

جدول1- مقادیر RMS Erorr مربوط به تصحیح هندسی تصویر ماهواره IRS-1D سنجنه Pan به روش  چند جمله ای

جدول2- مقادیرRMS Erorr  مربوط به تصحیح هندسی تصویر ماهواره IRS-1D سنجنده Pan به روشرشنال

جدول3- مقادیر RMS Eror  مربوط به تصحیح هندسی تصویر ماهواره IRS-p6 سنجنده Liss IV (mono)

به روش چند جمله ای

جدول4- مقادیر RMS Eror  مربوط به تصحیح هندسی تصویر ماهواره IRS-p6

سنجنده Liss IV (mono) به روشرشنال

با بررسی نتایج و مقایسه جداول مربوط به دو روش چند جمله ­ای و رشنال در­می­یابیم که تفاوت معنی داری میان Total RMS مربوط به ICP ها در تابع چند جمله­­ای  وجود ندارد. پس بنابراین ترجیح داده شد که از روش رشنال با توجه به این­که ارتفاع نقاط نیز در نظر گرفته می­شود، استفاده گردد.

2-2-روش استخراج محدوده مناطق مسکونی از تصویر ماهواره­ای

در این تحقیق جهت استخراج محدوده مناطق مسکونی از روش چشمی و رقومی سازی دستی استفاده گردید. مناطق مسکونی بر روی هر دو تصویر P6 و 1D با استفاده از کلیدهای مختلف مانند شکل، اندازه، الگو،‌ بافت، سایه و مجاورت (4و5) استخراج گردیدند. در هر دو تصویر P6 و 1D به­دلیل عدم وجود بیشتر از یک باند، از روش های طبقه بندی اتوماتیک و طیفی استفاده نشد. پس از رقومی سازی و به روز رسانی لایه مناطق مسکونی با استفاده از تصاویر ماهواره IRS-1D مساحت کل مناطق مسکونی دو سال قبل از احداث سد 03/206 هکتار و مساحت کل مناطق مسکونی استخراج شده از تصویر ماهواره P6 که مربوط به حدود 2 سال بعد از احداث سد است، 02/319 هکتار می­باشد. پس نتیجه گیری می شود که در فاصله زمانی 2 سال قبل از بهره برداری از سد و 2 سال بعد از بهره برداری از سد یعنی حدود 4 سال، مساحت مناطق مسکونی در حدود 99/112 هکتار رشد و توسعه داشته است.

نقشه 2- وضعیت مناطق مسکونی قبل از احداث سد استخراج شده از تصویر IRS-1D

نقشه 3- وضعیت مناطق مسکونی بعد از احداث سد استخراج شده از تصویر IRS-P6

2-3- استخراج کاربری اراضی

لایه کاربری اراضی با استفاده از روش چشمی و رقومی سازی دستی تصاویر ماهواره­ای همراه با بازدیدهای زمینی صورت پذیرفت. در این لایه کاربری­ها به چهار دسته اصلی مخلوط مجتمع درختی، باغات و زراعت، مراتع و بلوک های ساختمانی تقسیم بندی گردیدند. جدول زیر مقایسه اختلاف مساحت های کاربری­ها  می باشد.

جدول5-  میزان تغییرات مساحت کاربری­ها قبل و بعد از احداث سد

نقشه 4- وضعیت کاربری اراضی قبل از احداث سد

نقشه 5- وضعیت کاربری اراضی بعد از احداث سد

3- ارایه مدل توسعه مناطق مسکونی

با توجه به بررسی­های میدانی و وضعیت خاص حوزه طالقان یک مدل توسعه برای مناطق مسکونی واقع در محدوده مورد مطالعه پیشنهاد گردید. در این مدل پارامترهای مختلف طبیعی در نظرگرفته شد. این مدل شرایط توسعه مناطق مسکونی را به سه بخش مناسب  (Suitable)‌و نامناسب (Unsuitable)‌ و بسیار نامناسب (Very Unsuitable) تقسیم بندی می­کند. مدل ارایه شده به شرح زیر می باشد:

شرایط بسیار نامناسب: قرارگرفتن بر روی یا در حریم آن (5) و یا وجود هم­زمان 3 پارامتر بافت خاک نامناسب، سنگ مادر نامناسب و شیب نامناسب

شرایط نامناسب: اقلیم(در مسیر گردبادها و بادهای شدید موسمی و سرعت باد بیش از 50 کیلومتر در ساعت) (6)

شکل زمین(شیب: بیش از 16 درصد(6)، ارتفاع ازسطح دریا: بیش از 2200 متر، جهت جغرافیایی دامنه: شمالی)

زمین شناسی(گسل پیدا و پنهان، سنگ مادر مارنی یا وجود لایه های مارن در زیرسنگ مادر، زلزله خیز، شیست، تپه های ماسه ای و دشت های سیلابی) (6) خاک (بافت و عمق خاک: شنی کم عمق، رسی سنگین یا نیمه سنگین و خاک هیدرومرف، شرایط زهکشی خاک: ناقص، ساختمان خاک: کم تحول یافته) هیدرولوژی و منابع آب (کمیت آب: کمتر از 150 لیتر در روز برای هر نفر، موقعیت هیدرولوژیک : بستر خشک رودخانه­ها، مسیل، گذرگاه آبراهه­های طبیعی) پوشش گیاهی (تراکم پوشش درختی: بیش از 60 درصد شامل باغات و جنگل­ها و مخلوط مجتمع­­های درختی و منابع ملی، تراکم پوشش علفی: بیش از 50 درصد شامل مراتع یا کشتزارها و منابع ملی)

شرایط مناسب: اقلیم (همه اقلیم ها به جز شرایطی که در قسمت نامناسب ذکر گردیده است) شکل زمین (شیب: کمتر از 16 درصد، ارتفاع ازسطح دریا: کمتر از 2200 متر، جهت جغرافیایی دامنه در آب و هوای معتدله کلیه جهت ها به جز جهت شمالی) زمین شناسی (کلیه واحدهای زمین شناسی به جز واحد های ذکر شده در شرایط نامناسب) خاک (بافت و عمق خاک: لومی – لومی رسی – شنی عمیق – شنی لومی کم عمق تا عمیق – لومی کم عمق تا متوسط – لومی رسی کم عمق تا متوسط، شرایط زهکشی خاک: کامل تا متوسط، ساختمان خاک: نیمه تحول یافته تا  تحول یافته با دانه بندی متوسط) هیدرولوژی و منابع آب (کمیت آب بیش از 150 لیتر در روز برای هر نفر) هیدرولوژی (خارج از بستر خشک رودخانه ها، مسیل، گذرگاه آبراهه های طبیعی) پوشش گیاهی (تراکم پوشش درختی: کمتر از 60 درصد، تراکم پوشش علفی: کمتر از 50 درصد)

با توجه به مدل توصیفی توسعه مناطق مسکونی ارایه شده، مدل ریاضی زیر ارایه می­شود:

E=C(1,2)+S(1,2)+H(1,2)+A(1,2)+G(1,2)+F(1,2)+STD(1,2,3,4)+SD(1,2,3)+SS(1,2)+WQ(1,2)+ HL(1,2,3)+V(1,2,3,4)

Very Unsuitable= (F1) OR {)S1( & (G1) & (STD1 OR STD2 OR STD3)}

Unsuitable =)C1( OR )S1( OR )H1( OR (A1) OR (G1) OR (F1) OR (STD1 & STD2 & STD3)OR (SD1) OR (SS1) OR (WQ1) OR (HL1 & HL2) OR (V1 & V2)

Suitable=)C2( & )S2( & )H2( & (A2) & (G2) & (F2) & (STD4) & (SD2 OR SD3) & (SS2) & (WQ2) & (HL3) & (V3 OR V4)

که پارامترهای ارایه شده در این مدل به شــرح ذیــل می باشد :

اقلیم(C)، شیب(S)، ارتفاع ازسطح دریا(H)، جهت جغرافیایی دامنه(A)، زمین شناسی (G)، گسل(F)، بافت و عمق خاک(STD)، شرایط زهکشی خاک(SD)، ساختمان خاک(SS)، کمیت آب(WQ)، موقعیت هیدرولوژیک (HL) و پوشش گیاهی(V)

نتیجه گیری

     4-1- نتایج آنالیز

پس از انجام آنالیز Overlay و با استفاده از روش فازی(7) و با توجه به اطلاعات ورودی و کاربری اراضی هیچ گونه منطقه­ای جهت توسعه بیشتر مناطق مسکونی یافت نگردید. محدود کننده­ترین عامل، وجود کاربری های باغات، کشاورزی، مراتع و منابع ملی می باشد. اما قسمت­هایی از مناطق مسکونی که هم اکنون در حال بهره­برداری می باشند با توجه به مدل ارایه شده در موقعیت های نامناسب و بسیار نامناسب احداث گردیده­اند.

نقشه 6- وضعیت تناسب کاربری مسکونی با مدل توسعه ارایه شده بعد از احداث سد

4-2- بررسی اثر احداث سد بر توسعه مناطق مسکونی

    در این تحقیق مناطق مسکونی که در خارج از حوزه مورد مطالعه قرارداشتند ولی نزدیک به آن بودند، به عنوان مناطق شاهد در نظر گرفته شدند. پس از بررسی تغییرات وسعت این مناطق، مشخص گردید روستاهایی که در فاصله بیشتر از منطقه مورد مطالعه قرار داشتند دارای حداقل رشد فیزیکی بودند و بالعکس هرقدر به حوزه مورد تحقیق نزدیک تر می شویم مقدار رشد فیزیکی در بازه زمانی 4 ساله بیشتر می­گردد. از طرف دیگر در حوزه مورد مطالعه هرقدر از دریاچه سد دورتر می شویم، درصد رشد فیزیکی در همان بازه 4 ساله کمتر می شود. پس بنابراین مشخص می گردد که یک رابطه مستقیم بین نزدیکی به دریاچه سد و توسعه فیزیکی مناطق مسکونی وجود دارد. یعنی هر قدر به دریاچه سد نزدیک تر می­شویم مقدار توسعه فیزیکی بیشتری را در بازه زمانی مورد نظر شاهد هستیم. اما نباید عوامل دیگر را در توسعه مناطق مسکونی نادیده گرفت. این عوامل می توانند نزدیکی به تهران، گرایش مردم به خرید زمین و ساخت و ساز در مناطق خوش آب و هوا، گران شدن زمین و مسکن به ویژه در کلان شهر تهران و . . . باشند.

پیشنهادات

-         مناطق مسکونی که در شرایط خیلی نامناسب قرار دارند نیاز به تخلیه و جابه­جایی دارند و هیچ گونه اقدامات اصلاحی در مورد آن ها نمی­توان انجام داد.

-         مناطق مسکونی که در شرایط نامناسب قرار دارند را  می توان با انجام اقدامات اصلاحی و عمرانی مختلف مانند عملیات آبخیزداری حفظ نمود یا در طول مدت زمان بیشتری نسبت به جابه­جایی آن ها برنامه­ریزی و اقدام کرد. به عنوان مثال در مناطقی که دارای زهکشی ضعیف هستند می­توان اقدام به احداث شبکه­های زهکشی مناسب جهت تخلیه آب­ها نمود یا در مناطقی که سنگ مادر از نـوع مـارن می­باشد اسکلت ساختمان­ها و پی آن­ها را تقویت نمود. این مناطق هیچ گونه ظرفیت فیزیکی بیشتری برای پذیرش جمعیت بیشتر ندارند و لازم است از هر گونه توسعه تراکم مسکونی چه در ارتفاع و چه در سطح جلوگیری شود.

-         مناطق مسکونی که در شرایط مناسب قرار دارند می­توانند پذیرای تراکم بیشتر جمعیت باشند ولی باید علاوه بر مواردی که در این تحقیق به آن­ها اشاره شد، ظرفیت های زیست محیطی، اقتصادی، اجتماعی و امکانات زیربنایی این محدوده­ها بررسی شود. افزایش تراکم مسکونی در این مناطق تنها می­تواند در حوزه شهری صورت پذیرد. با توجه به این­که اکثر مساحت مسکونی این مناطق نیز توسط باغات و درختان و فضای سبز اشغال گردیده، افزایش تراکم در ارتفاع صورت گیرد.

-         پیشنهاد می­گردد که انجام تصحیحات هندسی با استفاده از روش ها و الگوریتم­های دیگر بررسی و اجرا شود.

-         در این تحقیق از اطلاعات رقومی با مقیاس 1:25000 استفاده گردیده و پیشنهاد می­شود جهت بالاتر بردن دقت، مطالعات در مقیاس­های بزرگتر صورت پذیرد.

-         بهتر است جهت تعیین دقیق مرز گسل­ها و وضعیت فعالیت آن­ها، مطالعات و بازدیدهای میدانی با استفاده از گروه متخصصان صورت پذیرد.

-         پیشنهاد می­گردد جهت تعیین خطر زلزله مطالعات ثقل سنجی و تعیین شتاب ثقل به صورت دقیق انجام گیرد.

-         بهتر است جهت هر چه بهتر شدن این تحقیق، مطالعات کالبدی شامل مطالعات اقتصادی، اجتماعی، فرهنگی و ... به همراه بررسی وضعیت زیرساخت ها صورت پذیرد.

-         پیشنهاد می شود در تحقیقات بعدی اثر دیگر عوامل تاثیر گذار بر توسعه مناطق مسکونی بالادست سد به غیر از عامل سد نیز مطالعه گردد.

منابع

1. رستم زاده. هاشم،1383، ارزیابی اثر سدهای بزرگ در تغییر کاربری اراضی با استفاده از سنجش از دور و GIS، مطالعه موردی سد ستارخان اهر، مقطع کارشناسی ارشد جغرافیای طبیعی دانشگاه تربیت مدرس.
2. طرح جامع مطالعات آبخیزداری حوزه طالقان، سازمان آب منطقه ای تهران.
3. صادقیان. سعید، ولدان زوج. محمدجواد، 1384، «بررسی قابلیت هندسی و محتوی اطلاعات تصاویر با قدرت تفکیک بالای ایران در تهیه نقشه»، همایش ژئوماتیک، سازمان نقشه برداری کشور، تهران.
4. Baltsavias, E.P., 2004, "Object extraction and revision by image analysis using existing geodata and knowledge: current status and steps towards operational systems", ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing 58: 129-151
5. سهرابی نیا. محمد، 1385، قابلیت­های طیفی و مکانی تصاویر ماهواره­ای با قدرت تفکیک بالا در به­هنگام سازی نقشه های بزرگ مقیاس، مقطع کارشناسی ارشد رشته سنجش از دور و GIS دانشگاه شهید بهشتی دانشکده علوم زمین.
6. آیین نامه 2800، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، مؤسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران.
7. مخدوم. مجید، 1385، شالوده آمایش سرزمین، چاپ دوم، تهران، دانشگاه تهران.
8. burrough, p, a, 1986, Principle of Geographical Information System for land resources Assessment, oxford