Authors
1 Ph.D. Candidate of Geography and Rural Planning, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Professor of Geography Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Assistant Professor in Geography and Rural Planning, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
Abstract
Keywords
مقدمه
رشد شهرنشینی در دهههای اخیر موجب تغییر کاربری بیشتر زمینهای داخل و اطراف شهر شده است (واحدیان بیکی و همکاران، 1390: 32)؛ سکونتگاههای روستایی نیز در معرض دگرگونیهایی قرار میگیرند که بیشتر در خارج از عرصههای روستایی شکل میگیرد و جلوههای گوناگون آنها در عرصههای روستایی به صور مختلف و در زمینههای متنوع تجلی مییابد. کلانشهر مشهد بهمثابة کانون تمرکز امکانات، سرمایه و ثروت شمال شرق کشور، با تغییرات شگرفی در ساختار، کارکرد و بافت روستاهای پیرامونی خود مواجه بوده است (مهندسین مشاور اوت، 1397). درواقع هرچه فاصلة روستاها از کلانشهر کمتر بوده و تأسیسات و تجهیزات بیشتری در روستا وجود داشته، آثار کلانشهرها بر آنها بیشتر بوده است. این دگرگونیها در گذر زمان به بسیاری از مسائل و نارساییهای کالبدیفضایی بهویژه در سکونتگاههای روستایی دامن میزند (عنابستانی و خوارزمی، 1397: 2).
وضعیت حاکم بر سکونتگاههای شهری بهویژه کلانشهر مشهد در سالهای اخیر نشان میدهد وقوع رویدادهای مهمی چون اجرای اصلاحات ارضی در دهة 40، افزایش سریع قیمت نفت و پیروزی انقلاب اسلامی در دهة 50، تحولات سیاسی در کشورهای پیرامونی ایران، وقوع جنگ تحمیلی در دهة 60، سیاستها و برنامههای دولت در دهههای 70، 80 و 90 و تحولات اجتماعی و اقتصادی ناشی از آن در کشورمان، گسترش شتابان شهرها و رشد فیزیکی ناموزون آنها را در پی داشته است. این رشد فزاینده در فضاهای پیراشهری بهویژه سکونتگاههای روستایی با پیامدهایی از قبیل تخریب و تغییر کاربری اراضی حاصلخیز پیراشهری، تغییر در ساختار اقتصاد روستاها، وقوع پدیدة خزش شهری و خورندگی روستاها و اراضی اطراف آنها، افزایش جمعیت در سکونتگاههای پیراشهری، گسترش فعالیتهای غیرتولیدی، حاشیهای و بهاصطلاح غیررسمی همراه بوده است (عنابستانی و خوارزمی، 1397: 17).
در همین زمینه تغییرات کاربری زمین در این روستاها، توجه برنامهریزان را برای مدیریت منابع با پیشبینی رشد آینده و معرفی نواحی زیستی در معرض خطر به خود جلب کرده است (پوراحمد و همکاران، 1390: 133). نحوة استفاده از زمین بهمثابة اطلاعات پایه برای برنامهریزیهای مختلف اهمیت ویژهای دارد. نقشة کاربری و پوشش اراضی که در آن نوع و الگوی مکانی و طریق استفاده از سرزمین مشخص شده، یکی از ابزارهای مهم برای برنامهریزیهای آتی کاربری اراضی است. در این زمینه نقشههای کاربری اراضی با نشاندادن شرایط فعلی و توزیع جغرافیایی نحوة استفادة انسان از زمین در فعالیتهایی مانند کشاورزی، جنگلداری، شهرسازی و... ، نقش مهمی ایفا میکنند (سفیانیان و خداکرمی، 1390: 98).
کاربری اراضی شهری و روستایی، جزو مفاهیم پایه و اصلی دانش شهرسازی و درواقع شالودة شکلگیری آن است و به اندازهای حائز اهمیت است که برخی صاحبنظران برنامهریزی ناحیهای در کشورهای پیشرفتة دنیا، آن را با برنامهریزی شهری و روستایی برابر میدانند (اصغری زمانی و همکاران، 1395: 24). ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی، فرایندی است که به ایجاد درک درستی از نحوة تعامل انسان و محیطزیست منجر میشود. این مسئله دربارة مناطق حساس زیستی اهمیت بیشتری دارد (Lambin & Geist, 2008: 25). بهطور کلی کاربری اراضی نقش مهمی در فرایندهای زیستمحیطی دارد و متأسفانه با وجود نقشی که در ویژگیهای اقلیمی، تنوع زیستی و موجودیت آب دارد، توجه کمی به آن میشود.
امروزه بهمنظور توسعة سطح زمینهای کشاورزی و مناطق مسکونی شاهد تخریب و کاهش منابع طبیعی بهویژه در کشورهای در حال توسعه هستیم. زمانی که تغییرات بدون توجه به مسائل محیطزیستی باشد، مشکلاتی به وجود میآورد؛ برای نمونه از بین بردن جنگلها باعث افزایش گازهای گلخانهای و درنتیجه در بلندمدت موجب تغییر اقلیم میشود (محمدی و همکاران، 1394: 1). همانطور که گفته شد، واحدهای کاربری اراضی در روستاهای نمونه نیز متأثر از رویدادهای طبیعی، عملکردهای انسانی، مسائل اجتماعی و اقتصادی بهویژه در حاشیة شهر مشهد همواره دستخوش تغییر میشوند. در این تغییرات، اراضی گوناگون به اراضی ساختهشده اعم از مسکونی، تجاری، صنعتی یا شبکة راهها تبدیل و در بعضی مواقع بهصورت اراضی بایر رها شده است. با افزایش و پیشرفت این تغییرات در مناطق پیراشهری، گسترهای از تغییرات زیستمحیطی دیده میشود که بیشتر در ارتباط با تغییر کاربری زراعی و تخریب پوشش گیاهی در این مناطق است؛ بنابراین آگاهی از پوشش سطح زمین و فعالیتهای انسانی در قسمتهای مختلف آن و به بیان دیگر، نحوة استفاده از زمین بهمثابة اطلاعات پایه برای برنامهریزیهای مختلف اهمیت ویژهای دارد.
در حال حاضر فناوری سنجش از دور، بهترین وسیله برای پایش تغییرات محیطی و استخراج کاربری اراضی است که بیشترین سرعت و دقت را دارد. با استفاده از دادههای چند زمانة سنجش از دور، با کمترین هزینه میتوان برای استخراج کاربریهای اراضی اقدام و سپس با مقایسة آن در دورههای زمانی مختلف نسبت تغییرات را ارزیابی کرد (طاهری و همکاران، 1397: 127)؛ بنابراین بهکارگیری تصاویر ماهوارهای و پردازش رقومی آنها با الگوریتمهای مناسب ضمن به حداقل رساندن خطای انسانی، موجب شناسایی و تفکیک جزئیات پدیدههایی میشود که چشم انسان قادر به تمایز آنها نیست (علویپناه و همکاران، 1383: 478).
کاربرد مدلهای پیشبینی کاربری اراضی برای برنامهریزی استفادة پایدار از زمین نیازی ضروری است (رمضانی و جعفری، 1393: 86). در بین مدلهای مطرح برای پیشبینی تغییرات کاربری اراضی، مدل زنجیرهای CA مارکوف در ترکیب با تصاویر سنجش از دور برای مدلسازی تغییرات کاربری و پوشش اراضی بهطور گسترده در محیطهای شهری و غیرشهری در مقیاسهای بزرگ در مناطق مختلف دنیا توجه برنامهریزان و مسئولان زیادی را جلب کرده است (Guan et al., 2011: 3764). درنتیجه هدف پژوهش حاضر، بررسی روند و پیشبینی تغییرات کاربری اراضی روستاهای نمونة واقع در حریم کلانشهر مشهد با استفاده از تصاویر ماهوارهای و مدل زنجیرة مارکوف در سالهای 1380 تا 1404 است. با توجه به اینکه بررسی تغییرات کاربری اراضی و پیشبینی روند تحولات آن در آینده در سکونتگاههای روستایی بهویژه روستاهای پیراشهری برای نخستینبار انجام میشود، پژوهش حاضر از نوآوری برخوردار است؛ بنابراین در راستای هدف اصلی پژوهش، پرسشهای زیر در دستورکار قرار گرفته است:
1. با استفاده از تصاویر ماهوارة چندزمانه، تغییرات کاربری اراضی در منطقة پژوهش به چه شکل است؟
2. بیشترین تغییرات و انتقال در کدامیک از کاربریها بوده است؟
پیشینة پژوهش
دربارة تغییر کاربری و پوشش اراضی، مطالعاتی در خارج و داخل کشور صورت گرفته است؛ ازجمله:
وان نگوین و همکاران[1] (2017) در پژوهشی با طبقهبندی پوشش زمین در چهار طبقه با استفاده از تصاویر ماهوارة SPOT-5 برای سالهای 2003، 2007 و 2011، دریافتند سطوح نفوذناپذیر هانوی به ترتیب 8.27٪ و 14.09٪ از کل منطقة پژوهش، در سال 2019 و 2027 افزایش خواهند یافت.
نتایج پژوهش کومار و همکاران[2] (2014) دربارة پوشش گیاهی جنگلی در هند نشان داد پوشش جنگل متحمل تغییرات پیوستهای بین سالهای 1990 و 210 شده که به کاهش 107.2 کیلومتر از مناطق جنگلی انجامیده است (پرور و شایسته، 1396: 513).
سهل و کلاجتی[3] (۲۰۱۳) در جنوب اسپانیا با استفاده از مدل زنجیرهای CA مارکوف، تغییرات کاربری اراضی را در گذشته و آینده نمایش دادند.
در مطالعهای دیگر، وانگ و همکاران[4] (2012) با استفاده از مدل زنجیرهای CA مارکوف، تغییرات کاربری اراضی ساگای ژاپن را برای سالهای ۲۰۱۵-۲۰۴۲ مدلسازی کردند. نتایج این مطالعه، افزایش اراضی شهری و کاهش اراضی طبیعی و کشاورزی را نشان داد. این مطالعات نشان میدهد فرایند مدلسازی، درک بهتر سیستمهای پیچیدة کاربری اراضی، توسعه و بهبود ابزارهای مدیریتی و درنتیجه تعادل بین توسعة شهری و حفاظت از محیط زیست را برای مدیران منطقهای فراهم میکند؛ بنابراین در این مطالعات و مطالعات مشابه دیگر، علاوه بر مشخصشدن وضعیت تغییرات کاربری اراضی در زمان مدنظر با استفاده از مدل مارکوف، کارایی این مدل در مطالعات پیشبینی تغییرات کاربری اراضی از گذشته تاکنون تأیید شده است (Sohl et al., 2013: 235-243; Mas et al., 2014: 94-111).
پژوهشهای احدنژاد روشـتی و همکاران (1390) در شهر اردبیل و احدنژاد روشـتی و حسینی (1390) در شهر تبریز دربارة گسترش فیزیکی شهرها با استفاده از تصاویر ماهوارهای چندزمانه و سیستم اطلاعات جغرافیایی نشان داد گسترش فضاییکالبدی شهر تبریز در چه ابعاد و مقیاسی به ترتیب شدت عمل بر کاربریهای کشاورزی، مرتعی، آبی، بایر و کوهستانی پیرامون خود تأثیر گذاشته است.
پژوهش واحدیان بیکی و همکاران (1390) در بررسی توسعة فیزیکی منطقة ۵ شهر تهران که زمانی جزو اراضی پیرامون شهر بوده، اما طی دورههای مختلف با افزایش جمعیت و مهاجرت به تهران وارد محدودة شهری شده، نشاندهندة اثرگذاری عامل توسعة شهر بر تغییر کاربریهای سبز و تبدیل آنها به کاربریهای شهری در منطقه بوده است.
قربانی و همکاران (1392) در مدلسازی تغییرات کاربری اراضی محدودة کلانشهر تبریز با استفاده از مدل سلولهای خودکار زنجیرهای CA مارکوف، الگوی آتی کاربری اراضی را پیشبینی کردند که در صورت استفاده از نتایج این پژوهش، در توسعههای آیندة شهر کمترین آسیب به اراضی زراعی و باغی خواهد رسید.
رمضانی و جعفری (1393) و ابراهیمی و همکاران (1395) با استفاده از مدل مارکوف و تصاویر ماهوارهای لندست در اسفراین و تهران، تغییرات کاربری اراضی را مدلسازی کردند. نتایج این پژوهشها نشاندهندة اثرگذاری عامل توسعة شهر بر تغییر کاربریهای سبز و تبدیل آنها به کاربریهای شهری در منطقه بوده است.
پژوهشهای منصوری و همکاران (1395) در شهر ایلام با استفاده از تصاویر چندزمانة لندست مربوط به سالهای 1976، 2001 و 2007، پرور و شایسته (1396) در شهر بجنورد طی سالهای 2001 تا 2008، 2008 تا 2015 و 2001 تا 2015، امانپور و همکاران (1396) در کلانشهر اهواز و طاهری و همکاران (1397) در شهر شاندیز (طی سالهای 1379-1394) براساس مدل CA مارکوف، نتایج مشابهی داشته است و افزایش مناطق مسکونی و تخریب کاربری باغها و اراضی کشاورزی و کاهش کاربری اراضی بایر را نشان میدهد؛ همچنین پیشبینی شده است این روند تا سالهای آینده (افق مطالعهشده) ادامه داشته باشد. نتایج پژوهشهای اشارهشده همچنین مفید و کاربردیبودن مدل مارکوف و صحت آن را در پیشبینی تغییرات کاربری بهخوبی توجیه میکند.
آنچه نتایج پژوهش حاضر را از مطالعات پیشین متمایز میکند، فرایند جریان مسئله در محدودة حریم شهر مشهد است که برخلاف تجربة مداوم و تغییرات پیدرپی در وضعیت توسعة اراضی شهری، مطالعة مدون علمی در این زمینه بهویژه ابعاد سکونتگاههای روستایی واقع در حریم با توجه به ابزارهای تحلیلی پژوهش صورت نگرفته است؛ بنابراین ارزیابی تغییرات کاربری اراضی در سکونتگاههای روستایی واقع در حریم شهر مشهد در بازة زمانی بین سالهای 1380 تا 1398 و پیشبینی این تغییرات برای افق 1410 و 1425، نخستین پژوهش در این زمینه است. طبیعتاً این نتایج در برنامهریزی راهبردی توسعة شهری مشهد و مدیریت حریم شهر مفید واقع میشود.
مبانی نظری پژوهش
تغییر کاربری زمین شامل تغییر نوع کاربریها و تغییر در نحوۀ پراکنش و الگوهای فضایی فعالیتها و کاربریهاست (Briassoulis, 2009: 126)؛ به بیان دیگر تغییر کاربری اراضی یعنی تغییر در نوع استفاده از زمین که لزوماً تغییر در سطح زمین نیست؛ بلکه تغییر در تراکم و مدیریت زمین است.
امروزه در دنیا توجه خاصی به کنترل تحولات کاربری اراضی و پوشش سطح زمین شده که بیشتر به دلیل تنظیم سیاستهای مربوط به کاربری اراضی بوده است. نیاز به اطلاعات کافی و جدید در زمین بین کشورهای توسعهیافته و در حال توسعه متفاوت است. در کشورهای توسعهیافته تغییر کاربری زمین ریشه در دلایل اقتصادی مانند کشاورزی بزرگمقیاس، توسعۀ شهری و افزایش نیاز به نگهداری کیفیت محیطزیست برای نسل فعلی و نسلهای آتی دارد؛ اما در کشورهای در حال توسعه رشد سریع جمعیت، فقر و موقعیت اقتصادی، عوامل اصلی است (امانپور و همکاران، 1396: 143-142).
جدول- 1: عوامل مؤثر بر تغییر کاربری زمین
|
پژوهشگر |
عوامل |
|
سوان ورک و چانتالکا[5] (2012) |
در پژوهش خود در شمال شرق تایلند، رشد جمعیت، نزدیکی به شهر و نزدیکی به زیرساختها را عوامل مؤثر بر تغییر کاربری اراضی عنوان کردند. |
|
سالی[6] (2012) |
عواملی ازجمله سطح بالای تولید ناخالص داخلی، افزایش اندازة مناطق شهری و شبکههای حمل و نقل را از عوامل تغییر کاربری اراضی در کشورهای توسعهیافته عنوان کرده است. |
|
لی و همکاران[7] (2015) |
عوامل طبیعی نظیر تغییرات آبوهوایی دورهای و فعالیتهای انسانی همچون جنگلزدایی، حذف پوشش گیاهی و توسعة شهری، فرسایش زمین را رقم میزنند که باعث تغییرات کاربری زمین و پوشش زمین میشوند. |
|
سجاسی قیداری و صدرالسادات (1394) |
تغییرات کاربری اراضی عمدتاً متأثر از عوامل اجتماعی و اقتصادی (بهویژه جمعیتپذیری روستاها ناشی از مهاجرپذیری و افزایش قیمت زمینهای زراعی و کاهش رونق فعالیت کشاورزی) است. |
|
کلالی مقدم (1395) |
عوامل اقتصادی (گرانی نهادههای کشاورزی و قیمت کم محصولات زراعی) را مهمترین عامل در تغییر کاربری اراضی معرفی کرده است. |
|
سعدی و عواطفی اکمل (1397) |
پنج عامل توسعهنیافتگی کشاورزی، اقتصادینبودن بخش کشاورزی، ضعف اطلاعات و اجرای نادرست برنامههای عمران روستاها، توسعة شهرها و تمایل جوانان به مشاغل غیرکشاورزی در شهرها را بهمثابة عوامل مؤثر بر تغییر کاربری اراضی معرفی کردهاند. |
منبع: یافتههای پژوهش، 1398
برنامهریزی کاربری اراضی، علم تقسیم زمین و مکان برای کاربردها و مصارف مختلف زندگی است که بهمنظور استفادة بهینه و مؤثر از زمین و انتظام فضایی مناسب و کارا صورت میگیرد. برنامهریزی کاربری اراضی شهری و روستایی، ساماندهی مکانی و فضایی عملکردهای شهری براساس خواستها و نیازهای جامعه است و هستة اصلی برنامهریزی شهری و روستایی را تشکیل میدهد (سعیدنیا، 1378: 13).
توسعة فیزیکی سکونتگاهی به افزایش کمّی و کیفی کاربریها و فضاهای کالبدی یک سکونتگاه انسانی در ابعاد افقی و عمودی اطلاق میشود که در طول زمان انجام میگیرد و اگر این روند سریع و بیبرنامه باشد، به نظم فیزیکی و متعادل و موزون فضاهای شهری و روستایی نخواهد انجامید؛ درنتیجه سامانههای سکونتگاهی را با مشکلاتی مواجه خواهد کرد (واحدیان بیکی و همکاران، 1390: 32). توسعة فیزیکی یا کالبدی یک سکونتگاه انسانی به خودی خود بد یا خوب و بینقص نیست. نمیتوان از توسعة سکونتگاههای شهری و روستایی ممانعت کرد؛ زیرا شهر و روستا نیز همچون موجودات زنده به وجود میآیند، رشد میکنند و بزرگ میشوند و عوامل عدیدهای نظیر رشد جمعیت و مهاجرت، این توسعة فیزیکی را سرعت میبخشد (بمانیان و هادی، 1387: 106)؛ اما این روند در کشور ما با نبود برنامههای لازم برای کاربری اراضی و قانونمندی اراضی در عرصههای روستایی و درنتیجه تبدیل نامناسب کاربریها، تخریب اراضی زراعی، مرتعی و درنهایت از بین رفتن استعدادهای کشاورزی همراه شده (عنابستانی و جوانشیری، 1396: 18)، ترکیب چشماندازهای طبیعی و انسانی (مزارع، باغها و مساکن سنتی و بومی) را بر هم زده و بافت روستاها را در پیکرة غولآسا و نامتجانس انبارها، سولهها و کارخانهها پنهان کرده است؛ از این رو کاربریهای زراعیباغی بهسرعت جای خود را به واحدهای خدماتیکارگاهی یا اراضی بایر داده است.
روششناسی پژوهش
طبقهبندی تصاویر ماهوارهای به دو روش نظارتشده یا نظارتنشده انجام میشود. در طبقهبندی نظارتشده برای ردهبندی پیکسلها از نمونههای آموزشی استفاده میشود؛ بدین معنا که با تعریف پیکسلهای مشخصی از تصویر برای هر کدام از کلاسها، عمل طبقهبندی در قالب کلاسهای در نظر گرفته شده انجام میشود؛ سپس با استفاده از الگوریتمهای خاصی عمل طبقهبندی صورت میگیرد؛ ازجمله الگوریتمهای حداکثر احتمال، حداقل و فاصله تا میانگین. در این روش ارزش بازتابی هر پیکسل ناشناخته براساس واریانس و کوواریانس آن طبقة واکنش طیفی ویژه تجزیهوتحلیل میشود و فرض بر این است که توزیع دادههای هر طبقه براساس توزیع نرمال در اطراف پیکسل میانگین آن طبقه قرار گرفته است. این فرض براساس تجارب حاصل از بازتاب انرژی از اجسام پذیرفتهشده است. در عمل واریانس یا کوواریانس و میانگین طبقههای مختلف، هر تصویر ماهوارهای برای طبقهبندی پدیدهها محاسبه میشود تا هریک از پیکسلها در طبقهای تعلق یابد که حضورش در آن طبقه از احتمال بیشتری برخوردار است (Tso & Mather, 2009: 349-371).
در این پژوهش از تصاویر سنجندة ETM مربوط به سالهای (1380) 2001 و (1386) 2007 و سنجندة OLI مربوط به سالهای (1392) 2013 و (1398) 2019 از ماهوارة لندست استفاده شده است. تصاویر لندست استفادهشده شامل تصاویر گرفتهشده با Landsat 8+ و Landsat 7 برای دورة زمانی سالهای 1380، 1386، 1392 و 2018 از محدودة پیراشهری کلانشهر مشهد و بهطور موردی هشت روستای نمونة واقع در حریم شهر است که از سایت رسمی سازمان زمینشناسی آمریکا[8] تهیه شده است. جزئیات تصاویر بهکاررفته برای استخراج کلاسهای پوشش زمین در جدول 3 آمده است.
نخست تصاویر ماهوارهای لندست تصحیح هندسی و رادیومتریک شد تا خطاهای مربوط به تصاویر ماهوارهای کاهش یابد. در ادامه محدودة مطالعهشده از تصاویر جدا و اطلاعات ماهوارهای طبقهبندی شد. روش استفادهشده برای طبقهبندی اطلاعات، روش نظارتشده است. در این روش برای ردهبندی پیکسلها از نمونههای آموزشی استفاده میشود؛ بدین معنا که با تعریف پیکسلهای مشخصی از تصویر برای هر کدام از کلاسها، عمل طبقهبندی در قالب کلاسهای در نظر گرفته شده انجام میشود؛ سپس با استفاده از الگوریتم خاصی عمل طبقهبندی صورت میگیرد. فرض بر این است که توزیع دادههای هر طبقه براساس توزیع نرمال در اطراف پیکسل میانگین آن طبقه قرار گرفته است (علیزادة ربیعی، 1392: 218). در ادامه واریانس و کوواریانس و میانگین طبقة مختلف هر تصویر ماهوارهای، برای طبقهبندی پدیدهها محاسبه میشود تا هریک از پیکسلها به طبقهای تعلق یابد که حضورش در آن طبقه از احتمال بیشتری برخوردار است. برای طبقهبندی تصاویر با روش نظارتشده از رابطة زیر استفاده میشود:
در ادامه برای پیبردن به تغییرات صورتگرفته در کاربری اراضی محدودة پژوهش (حریم شهر مشهد) شامل کاربریهای باغها و زمینهای کشاورزی، محدودههای ساختهشده و اراضی بایر مدنظر، مدل زنجیرة مارکوف به کار رفت. در زنجیرة مارکوف از کلاسهای پوشش بهمثابة حالت یا همان وضعیت زنجیره استفاده شد. در این تحلیل همواره از دو نقشة رستری استفاده میشود که موردیهای مدل نامیده میشوند؛ علاوه بر این دو نقشة فاصلة زمانی بین دو تصویر و فاصلة زمانی پیشبینی در افق 1404 در مدل CA مارکوف در نظر گرفته میشود. خروجی مدل مارکوف نیز شامل احتمال تبدیل وضعیت و ماتریس مساحتهای تبدیلشده در هر کلاس و درنهایت تصاویر احتمالی شرطی برای تبدیل کاربریهای مختلف است. همینطور در این پژوهش برای اعتماد به طبقهبندی صورتگرفته از شاخص کاپا استفاده شده است. شاخص کاپا از رابطة زیر محاسبه میشود:
P0: درستی مشاهدهشده؛ PC: توافق مورد انتظار
زنجیرههای مارکوف، یک روش ریاضی و احتمالاتی است. درواقع مدل زنجیرهای مارکوف بهصورت یک فرایند تصادفی عمل میکند که در آن وضعیت آیندة یک پیکسل فقط به وضعیت پیشین آن بستگی دارد و براساس آن پیشبینی میشود. نتیجة مستقیم حاصل از این مدل، ماتریس احتمال انتقال است؛ اما در این مدل هیچ درک جغرافیایی به دست نمیآید و در پایان مدلسازی نقشة واحدی تولید نمیشود که نشاندهندة توزیع مکانی کلاسها باشد. برای رفع این مشکل، در دهة 1950 جان وان نیومن[9] مدل CA مارکوف را برای اضافهکردن مشخصة مکانی به مدل مارکوف طراحی کرد (Fan et al., 2008: 127-147).
شکل- 1: مراحل مدلسازی
محدودة پژوهش
شهر مشهد با مساحتی بیش از حدود 328 کیلومترمربع در سال ۹۲ (معاونت برنامهریزی و توسعة شهرداری مشهد، ۱۳۹۲)، دومین کلانشهر کشور محسوب میشود. در سرشماری سال ۱۳۹۵، مشهد جمعیتی بیش از 3 میلیون نفر داشته است (مرکز آمار ایران، 1395). این شهر بهمثابة کلانشهر اصلی شرق کشور سالیانه علاوه بر رشد جمعیت ساکن خود، جمعیت زیادی از روستاها، شهرهای کوچک و حتی کشورهای همسایه را به سمت خود جذب کرده است که شمار زیادی از این جمعیت در سکونتگاههای روستایی پیرامونی ساکن میشوند. براساس مصوبه و ابلاغ شورای عالی شهرسازی و معماری در سال 1395، حریم کلانشهر مشهد با وسعت 3/866 کیلومترمربع در محدودة اداری و سیاسی شهرستانهای مشهد و طرقبه- شاندیز از توابع استان خراسان رضوی قرار گرفته است. براساس آخرین اطلاعات سرشماری عمومی نفوس و مسکن در سال 1395، تعداد 185 هزار نفر در قالب 132 سکونتگاه روستایی در داخل حریم شهر بودهاند که طی سالهای 1385 تا 1390، 6.3درصد و طی سالهای 90 تا 95، 9/4درصد رشد سالیانه داشتهاند. از این تعداد جمعیت، حدود 130 هزار نفر (5/76% کل جمعیت محدودة پژوهش) در قالب 26 سکونتگاه روستایی اسکان پیدا کردهاند. این سکونتگاههای روستایی در طول یک دهة اخیر روند شتابانی را درزمینة جذب فزایندة جمعیت و تورم بافت کالبدی خود پشت سر گذاشتهاند (عنابستانی و خوارزمی، 1397: 34).
نگاهی به روند تحولات جمعیت روستایی واقع در سکونتگاههای حریم، ما را به این حقیقت رهنمون میکند که جمعیت روستاها از 7/106 هزار نفر در سال 1385 به رقم 8/184 هزار نفر در سال 1395 رسیده است و این افزایش جمعیت بیانکنندة میزان رشد سالیانهای معادل 6/5درصد خواهد بود که در مقایسه با جمعیت محدودة شهری مشهد (25/2درصد) شاهد میزان رشد سالیانة 5/2برابری در روستاهای حریم نسبت به محدودة شهری خواهیم بود (عنابستانی و خوارزمی، 1397: 34). بر این اساس در این پژوهش تلاش شد روند تغییرات سکونتگاههای روستایی واقع در حریم شهر مشهد در سریهای زمانی مختلف بررسی شود. برای این منظور هشت روستا از پهنة حریم، با توجه به روند گسترش شهر مشهد انتخاب شد. اطلاعات مربوط به شهر مشهد و روستاهای نمونه در جدول 2 آمده است.
شکل- 2:موقعیت روستاهای مطالعهشده در حریم کلانشهر مشهد
منبع: استانداری خراسان رضوی، 1395؛ مهندسین مشاور اوت، 1397
جدول- 2:تحولات جمعیتی کلانشهر مشهد و روستاهای نمونه طی سالهای 1375-۱۳۹۵
|
سال |
بخش |
دهستان |
۱۳۷۵ |
۱۳۸۵ |
۱۳۹۰ |
۱۳۹۵ |
میزان رشد 85-95 |
|
شهر مشهد |
مرکزی |
طوس |
۱۸۸۷۴۱۴ |
۲۴۲۷۳۱۶ |
۲۸۰۷۴۶۴ |
۳۰۱۲۰۹۰ |
2/2 |
|
قلعه سیاه |
مرکزی |
میان ولایت |
623 |
596 |
838 |
1066 |
6 |
|
دوستآباد |
مرکزی |
طوس |
2634 |
5631 |
8145 |
8969 |
8/4 |
|
منزلآباد |
مرکزی |
طوس |
1178 |
2898 |
6568 |
8520 |
4/11 |
|
سالارآباد |
رضویه |
میامی |
1309 |
2324 |
2882 |
3977 |
4/5 |
|
فرخد |
مرکزی |
تبادکان |
3162 |
3322 |
3901 |
3948 |
8/1 |
|
گرجی سفلی |
مرکزی |
تبادکان |
8341 |
13367 |
15420 |
15163 |
3/1 |
|
سنگ سیاه |
مرکزی |
میان ولایت |
638 |
597 |
773 |
771 |
6/2 |
|
حسینآباد قرقی |
مرکزی |
تبادکان |
3317 |
5175 |
8093 |
13644 |
2/10 |
منبع: مرکز آمار ایران، 1375 تا 1395
یافتههای پژوهش
نتایج دقت طبقهبندی
یکی از پرکاربردترین روشهای ارزیابی صحت طبقهبندی، محاسبة ماتریس خطاست. نقشههای طبقهبندی کاربری اراضی در این مطالعه با صحت کلی بیش از ۸۰درصد و ضریب کاپای بیش از ۸/۰ از محاسبة ماتریس خطا ارزیابی شد. این مقادیر ضریب کاپا و صحت کلی بیش از ۸۰درصد نشان میدهد بهطور کلی توافق خوبی بین طبقهبندی و انواع طبقات کاربری موجود در زمین وجود دارد. جدول 3، ارزیابی صحت طبقهبندی تصاویر ماهوارهای را نشان میدهد.
جدول- 3: ارزیابی صحت طبقهبندی تصاویر ماهوارهای
|
ماهواره |
تاریخ میلادی |
تاریخ شمسی |
سنجنده |
شاخص کاپا |
ضریب صحت |
|
لندست 7 |
28/05/2001 |
7 خرداد 1380 |
ETM |
916/۰ |
27/93 |
|
لندست 7 |
05/09/2007 |
14 شهریور 1386 |
ETM |
۸۸/۰ |
۴۶/۹۱ |
|
لندست 8 |
28/06/2013 |
7 تیر 1392 |
OLI |
875/۰ |
104/90 |
|
لندست 8 |
05/07/2019 |
14 تیر 1398 |
OLI |
953/۰ |
40/96 |
منبع: یافتههای نگارندگان از تصاویر ماهوارهای لندست
تغییرات کاربری اراضی در بازة زمانی 1380-1398
در نخستین مرحله، طبقهبندی کاربری اراضی در سریهای زمانی مختلف در نرمافزار Envi انجام شد که با بهرهگیری از نقشههای موجود و بازدید میدانی و تفسیر دیداری و اسناد موجود، کاربریها در مرحلۀ پیش از طبقهبندی و پس از آن برداشت شد. در این مرحله نخست عملیات layer Stack روی تمامی باندهای تصاویر جز باندهای حرارتی انجام شد.
پیشپردازش: با توجه به اینکه تصاویر حاصل از ماهوارهها ازنظر تفکیک مکانی، زمانی و طیفی همواره احتمال انواع خطاهای سیستماتیک و غیرسیستماتیک را دارند، باید پردازشهای اولیه روی دادههای خام با سیستم تصویرپردازی یا شرایط اتمسفر در هنگام سنجش صورت گیرد.
تصحیح اتمسفری: پس از مرحلۀ Stack باندهای تصاویر در مرحلۀ پیشپردازش تصاویر، تصحیحات اتمسفری روی آنها انجام میشود. در این پژوهش از تصحیح اتمسفری Dark subtract استفاده میشود. این عمل روی هر چهار تصویر انجام شد.
انتخاب مناسبترین باندها برای کلاسبندی: هدف از این مرحله، حذف آن دسته از باندهایی است که از حیث تفکیک کلاسها در عملیات طبقهبندی نقش مؤثری ندارند و انتخاب کمترین تعداد باندهایی است که زمان و هزینۀ فرایند طبقهبندی را کاهش میدهند و به افزایش دقت طبقهبندی منجر میشوند. در این مرحله، باندهای مناسب (4، 3، 2 برای سالهای 1380 و 1386 و باندهای 5، 4، 3 برای سالهای 1392 و 1398) برای طبقهبندی در نظر گرفته شد.
در این زمینه شکل 3 به ترتیب تصویر اولیة برداشتی سالهای 1380، 1386، 1392 و 1398 را از محدودة پژوهش نشان میدهد.
در این پژوهش با توجه به ساختار سکونتگاههای روستایی، تصاویر در 3 کلاس اراضی ساختهشده، باغها و فضای سبز و اراضی فاقد کاربری طبقهبندی شد.
جدول- 4:کلاسهای طبقهبندیشده
|
طبقة کاربری |
شرح طبقه. |
|
اراضی ساختهشده |
شامل کاربریها و تأسیسات انسانساخت (مسکونی، ورزشی، صنعتی، جادهها، شبکة معابر و...) جز فضای سبز. |
|
باغها و فضای سبز |
شامل پارکها و مجتمعهای درختی در وضعیتهای مختلف آیش یا کشت. |
|
اراضی فاقد کاربری |
شامل اراضیای که هیچ گیاهی در آنها دیده نمیشود یا از حالت مثمر و فعالبودن خارج شدهاند. |
|
ب. تصویر اولیة سال 1386 (منبع: تصویر ماهوارهای لندست ۷) |
الف. تصویر اولیة سال 1380 (منبع: تصویر ماهوارهای لندست ۷) |
|
د. تصویر اولیة سال 1398 (منبع: تصویر ماهوارهای لندست ۸) |
ج. تصویر اولیة سال 1392 (منبع: تصویر ماهوارهای لندست 8) |
شکل- 3:. تصویر اولیة برداشتی سالهای 1380، 1386، 1392 و 1398 از محدودة پژوهش
اشکال زیر تغییرات کاربریهای اراضی را در محدودة پژوهش طی سالهای 1380 و 1386 (شکل 4 و 5)، 1392 و 1398 (شکل 6 و 7) نشان میدهد. این نقشهها پس از انجام عملیات متعددی که گفته شد و همچنین برداشتهای میدانی بهصورت زیر به دست آمد.
شکل- 4: نقشة پوشش زمین شهر مشهد و پیرامون آن در سال 1380
شکل- 5: .نقشة پوشش زمین شهر مشهد و پیرامون آن در سال 1386
شکل- 6: نقشة پوشش زمین شهر مشهد و پیرامون آن در سال 1392
شکل- 7: نقشة پوشش زمین شهر مشهد و پیرامون آن در سال 1398
پس از طبقهبندی تصاویر مربوط به محدودة پژوهش در دورههای زمانی مختلف در محیط نرمافزاری Envi، برای درک تغییرات کاربریهای محدودة روستاهای پژوهش و کاهش یا افزایش مساحت کلاسها طی دورة 19ساله، نقشههای طبقهبندیشده به محیط نرمافزار Arc GIS وارد شد؛ محدودة روستای نمونه جدا و سپس با مقایسة این نقشهها و جدول تقاطعی بهدستآمده، مساحت و درصد تغییرات هر کلاس مشخص و محاسبه شد.
تغییر کاربری اراضی روستاهای نمونه در بازة زمانی 1380-1398
در ادامه با توجه به حجم زیاد مطالب و نقشهها، فرایند کار در روستای حسینآباد قرقی ارائه و در انتها نتایج بهدستآمده در کل روستاها بررسی و تجزیهوتحلیل شد. اشکال زیر تغییرات کاربریهای اراضی را در محدودة روستای حسینآباد قرقی طی سالهای 1380، 1386، 1392 و 1398 نشان میدهد.
شکل- 8: تغییرات کاربری اراضی روستای حسینآباد قرقی حاصل از پردازش تصاویر ماهوارهای
با توجه به شکل 8 در روستای حسینآباد قرقی بیشترین تغییر مساحت در سالهای 1380 تا 1398 مربوط به طبقة مزارع و باغها بوده است؛ بهطوری که وسعت این محدوده در سال 1380 معادل 616.01 هکتار بوده و در سال 1398 به 252.36 هکتار رسیده است؛ یعنی مساحت مزارع و باغها، 363.65 هکتار کاهش یافته است؛ اما بیشترین درصد تغییرات مربوط به محدودههای ساختهشده است؛ بهطوری که طی این 18 سال مساحت محدودههای ساختهشده، 315.67درصد افزایش یافته است؛ همچنین مساحت مربوط به اراضی فاقد کاربری افزایش یافته است؛ بهطوری که طی این مدت مساحت اراضی فاقد کاربری 61.26 هکتار افزایش یافته که با توجه به خروجی نقشهها، در این دوره مساحت مزارع و باغها بیشتر در شرق و شمال غرب روستا کاهش یافته و به زیر ساختوساز رفته یا به اراضی فاقد کاربری تبدیل شده است.
پس از بررسی تغییرات در تمام روستاهای نمونه، مشخص شد طی سالهای 1380، 1386، 1392 و 1398 در کل مساحت کاربریهای محدودههای ساختهشده بهشدت افزایش یافته و اراضی فاقد کاربری افزایش نسبی داشته و همچنین مساحت کاربریهای باغها و زمینهای کشاورزی کاهش شدیدی داشته است؛ بهطوری که مساحت محدودههای ساختهشده، 1008.67 هکتار (241.57درصد) و مساحت اراضی فاقد کاربری، 32.28 هکتار افزایش و مساحت مزارع و باغها، 1060.55 هکتار کاهش یافته است. این تغییرات در جدول 5 دیده میشود.
جدول- 5: روند تغییرات مساحت و درصد کاربریهای زمین در کل روستاهای نمونه
|
کاربری |
سال 1380 |
سال 1386 |
سال 1392 |
سال 1398 |
تغییرات 1380-1398 |
|||||
|
هکتار |
درصد |
هکتار |
درصد |
هکتار |
درصد |
هکتار |
درصد |
هکتار |
درصد |
|
|
ساختهشده |
712.51 |
14.07 |
880.17 |
17.38 |
1313.69 |
25.94 |
1721.18 |
34.12 |
1008.67 |
241.57 |
|
مزارع و باغها |
1998.03 |
39.46 |
1678.68 |
33.15 |
1275.69 |
25.19 |
937.47 |
18.59 |
1060.55- |
46.92 |
|
اراضی بایر |
2353.29 |
46.47 |
2505.31 |
49.47 |
2474.77 |
48.87 |
2385.57 |
47.29 |
32.28 |
101.37 |
منبع: یافتههای نگارندگان از تصاویر ماهوارهای لندست
با توجه به جدول 5 مشخص شد مساحت باغها و زمینهای کشاورزی در سال 1398 نسبت به سال 1380 کاهش داشته و در سال 1398 فقط 46.92درصد از مساحت این اراضی باقی مانده است. نتایج نشان میدهد تغییرات در اراضی ساختهشده و پوشش گیاهی در سالهای پس از 2007 (1386) شدت گرفته و تغییرات مساحت این کاربریها در سال 1392 نسبت به 1386 چشمگیر بوده که ممکن است درنتیجة شدت مهاجرت به کلانشهر مشهد و تغییرات بافت روستاهای پیرامونی شهر با اسکان مهاجران در روستاهای نمونه باشد؛ بهطوری که در این دوره ساختوسازها و رشد فیزیکی روستاها روی باغها و اراضی کشاورزی انجام شده و شاهد کاهش باغها و اراضی کشاورزی و بهدنبال آن افزایش محدودههای ساختهشده هستیم.
نکتة جالب توجه اینکه در پژوهش حاضر، اراضی کشاورزی که به هر دلیلی در زمان تصویربرداری زیر کشت نبوده یا آیش بوده نیز، در بازتاب طیفی جداگانه برداشت و درنهایت به طبقة اراضی زراعی و باغی اضافه شده است؛ بنابراین اراضی زراعی رهاشدة دو تا سه سال اخیر از اراضی بایر و مراتع تفکیک شده و جزو تغییر کاربری از کشاورزی به غیرکشاورزی لحاظ نشده است.
در مطالعة حاضر برای بررسی روند تغییرات 18ساله در منطقه، نقشههای طبقهبندیشدۀ سالهای 1380، 1386، 1392 و 1398 دوبهدو مقایسه شدند. بین سالهای 1380 تا 1386 حدود 167 هکتار به مساحت محدودههای ساختهشده و حدود 152 هکتار به اراضی فاقد کاربری اضافه و 319 هکتار از مساحت مزارع و باغها کاسته شده است. تغییرات اراضی ساختهشده طی دورة 1386 تا 1392 سرعت بیشتری گرفته، ولی در 6سالة اخیر، از سرعت افزایش مساحت این طبقه کاسته شده و به 131درصد رسیده است. مساحت مزارع و باغها در 6سالة دوم نیز کاهش یافته، ولی در 6سالة اخیر یعنی 1392 تا 1398 از درصد کاهش مساحت این طبقه کم شده است؛ هرچند روند کاهشی مساحت اراضی فاقد کاربری در سه دوره ادامه داشته و بهطور مداوم از مساحت اراضی فاقد کاربری کاسته شده است. نتایج جدول 6 بهخوبی تغییرات پوشش اراضی را در منطقة پژوهش به تصویر کشیده است و نشان میدهد ادامة روند موجود در آینده به چه صورت خواهد بود.
جدول- 6: روند تغییرات مساحت و درصد کاربریهای زمین کل محدودة پژوهش در سه دورة زمانی مختلف
|
کاربری |
تغییرات 1380-1386 |
تغییرات 1386-1392 |
تغییرات 1392-1398 |
|||
|
هکتار |
درصد |
هکتار |
درصد |
هکتار |
درصد |
|
|
ساختهشده |
167.66 |
123.53 |
433.52 |
149.25 |
407.49 |
131.02 |
|
مزارع و باغها |
319.35- |
84.02 |
402.99- |
75.99 |
338.22- |
73.49 |
|
اراضی بایر |
152.02 |
106.46 |
30.54- |
98.78 |
89.20- |
96.40 |
منبع: یافتههای نگارندگان از تصاویر ماهوارهای لندست
جدول 7 تغییرات کاربریهای اراضی روستاهای نمونه را در سالهای مطالعهشده نشان میدهد. در تمام روستاهای نمونه، درصد محدودههای ساختهشده در حال افزایش است. روستای سالارآباد در سال 1380، کمترین مساحت ساختهشده (فقط 4.18درصد) و روستای گرجی سفلی بیشترین مساحت ساختهشده (39.92درصد) را داشته است. روستای دوستآباد (با 27.43درصد) نیز مساحت ساختهشدة بیشتری نسبت به سایر روستاها داشته است. در کل روستاهای نمونه نیز، مساحت محدودههای ساختهشدة سال 1380 برابر با 17.07درصد بوده است. در سال 1398، مساحت محدودههای ساختهشده در روستاهای گرجی سفلی، منزلآباد و دوستآباد بیشترین درصد را دارد. بیشترین افزایش درصد در محدودههای ساختهشده را روستاهای قلعه سیاه و حسینآباد قرقی داشتهاند؛ بهطوری که طی این مدت، مساحت محدودههای ساختهشده در روستای قلعه سیاه تقریباً هفت برابر و در روستای حسینآباد قرقی تقریباً سه برابر شده است. این افزایش ممکن است ناشی از اجرای طرح مسکن مهر در محدودة روستای حسینآباد قرقی و افزایش باغویلاها در محدودة روستای قلعه سیاه باشد.
جدول- 7: تغییرات مساحت کاربریهای اراضی در روستاهای نمونه (به درصد) طی سالهای 1380 تا 1398
|
|
روستا |
سنگ سیاه |
قلعه سیاه |
سالارآباد |
دوستآباد |
فرخد |
گرجی سفلی |
حسینآباد قرقی |
منزلآباد |
مساحت کل/ هکتار |
درصد کل |
|||||||||||
|
1380 |
ساختهشده |
10.89 |
5.90 |
4.18 |
27.43 |
16.28 |
39.92 |
7.88 |
17.61 |
712.51 |
14.07 |
|
||||||||||
|
پوشش گیاهی |
54.52 |
42.63 |
59.22 |
46.27 |
46.33 |
26.75 |
34.62 |
18.40 |
1998.03 |
39.46 |
|
|||||||||||
|
بایر |
34.59 |
51.47 |
36.59 |
26.31 |
37.39 |
33.33 |
57.51 |
63.99 |
2353.29 |
46.47 |
|
|||||||||||
|
1386 |
ساختهشده |
14.41 |
9.33 |
7.00 |
36.57 |
20.31 |
40.15 |
8.32 |
28.55 |
880.17 |
17.38 |
|
||||||||||
|
پوشش گیاهی |
47.12 |
37.03 |
53.07 |
46.47 |
40.32 |
25.26 |
24.24 |
16.22 |
1678.68 |
33.15 |
|
|||||||||||
|
بایر |
38.47 |
53.64 |
39.93 |
16.96 |
39.37 |
34.59 |
67.44 |
55.23 |
2505.31 |
49.47 |
|
|||||||||||
|
1392 |
ساختهشده |
17.97 |
16.61 |
7.80 |
48.51 |
25.17 |
54.55 |
19.65 |
35.25 |
1313.69 |
25.94 |
|
||||||||||
|
پوشش گیاهی |
49.21 |
20.43 |
30.45 |
37.67 |
32.54 |
16.06 |
19.12 |
12.26 |
1275.69 |
25.19 |
|
|||||||||||
|
بایر |
32.82 |
62.96 |
61.74 |
13.82 |
42.30 |
29.40 |
61.23 |
52.49 |
2474.77 |
48.87 |
|
|||||||||||
|
1398 |
ساختهشده |
24.58 |
43.94 |
9.60 |
49.78 |
31.84 |
63.59 |
24.87 |
51.89 |
1721.18 |
34.12 |
|
||||||||||
|
پوشش گیاهی |
32.98 |
17.13 |
22.66 |
31.04 |
19.02 |
11.68 |
14.18 |
11.55 |
937.47 |
18.59 |
|
|||||||||||
|
بایر |
42.43 |
38.92 |
67.74 |
19.18 |
49.15 |
24.73 |
60.95 |
36.56 |
2385.57 |
47.29 |
|
|||||||||||
منبع: یافتههای نگارندگان از تصاویر ماهوارهای لندست
نتایج پژوهش نشان میدهد روستاهای نزدیک به شهر و روستاهای شمالی و شمال غربی شهر مشهد، بیشترین افزایش مساحت را در طبقة محدودههای ساختهشده داشتهاند. شکل 9 تغییرات نسبت کاربریهای سهگانه را در روستاهای نمونه نشان میدهد. همانطور که مشخص است افزایش محدودههای ساختهشده و اراضی بایر و کاهش مساحت مزارع و باغها در تمام روستاهای نمونه مشهود است. روستای سالارآباد کمترین افزایش نسبت را در طبقة محدودة ساختهشده داشته است. روستاهای گرجی سفلی و حسینآباد قرقی، بیشترین نسبت کاهش مساحت را در طبقة مزارع و باغها داشتهاند.
شکل- 9: تغییرات مساحت کاربریهای اراضی در روستاهای نمونه طی سالهای 1380 تا 1398
همانطور که در شکل 9 مشخص است، بیشترین افزایش مساحت در طبقة اراضی فاقد کاربری به روستای سالارآباد مربوط است که بهطور محسوسی مساحت مزارع و باغها به نفع اراضی فاقد کاربری کاهش یافته و علت آن، کمآبی بوده و از سال 1390 به بعد شدت بیشتری گرفته است. فقط در روستاهای دوستآباد، منزلآباد، حسینآباد قرقی و گرجی سفلی، کاهش مساحت اراضی فاقد کاربری روی داده که به علت نزدیکی به شهر مشهد و افزایش محدودههای ساختهشدة پیرامون روستاهای حاشیة شهر است.
ماتریس تبدیل وضعیت
با استفاده از نقشههای پوشش زمین بهدستآمده برای هر دوره، ماتریس تبدیل وضعیت کلاسهای پوشش زمین بین دو دورة زمانی با استفاده از دستور مارکوف (Markov) در نرمافزار Terrset محاسبه شده است. مدل مارکوف سه خروجی اصلی دارد؛ یکی از خروجیهای اصلی مدل مارکوف، ماتریس احتمال انتقال[10] است؛ این ماتریس این احتمال را نشان میدهد که یک پیکسل در یک طبقه[11] به طبقة دیگری تبدیل شود یا یک پیکسل به چه میزان در طبقة خود باقی بماند.
از نقشة پوشش سال 1380 و 1398، ماتریس تبدیل وضعیت محاسبه شده است. این ماتریسها حاوی اطلاعات مربوط به احتمال تبدیل هر کلاس به سایر کلاسها هستند.
جدول- 8: ماتریس احتمال انتقال وضعیت بین سالهای 1380-1398 در روستاهای نمونه
|
کاربری اراضی |
کاربری اولیه (1380) |
شکلگیری کاربری ثانویه از کاربری دیگر (درصد) |
نسبت ورودی کاربری به کل تغییرات |
|||
|
محدودة ساختهشده |
باغها و مزارع |
اراضی فاقد کاربری |
||||
|
کاربری اولیه (1398) |
ساختهشده |
12.84 |
0.1038 |
0.1427 |
0.2465 |
52.19 |
|
باغها و مزارع |
0.0116 |
14.86 |
0.0375 |
0.0491 |
10.40 |
|
|
اراضی بایر |
0.0219 |
0.1548 |
24.34 |
0.1767 |
37.41 |
|
|
احتمال تغییر کاربری اولیه |
0.0335 |
0.2586 |
0.1802 |
0.4723 |
- |
|
|
احتمال تغییرنکردن کاربری اولیه |
12.84 |
14.86 |
24.34 |
52.04 |
- |
|
|
نسبت خروجی کاربری به کل خروجیها |
7.093 |
54.753 |
38.154 |
- |
100 |
|
منبع: یافتههای نگارندگان از تصاویر ماهوارهای لندست
جدول 8، ماتریس تبدیل وضعیت پوشش زمین را بین سالهای 1380 تا 1398 نشان میدهد. با توجه به این جدول، تغییر پوشش/ کاربری زمین 23.47درصد است. از کل تغییرات، حدود 38.15درصد به اراضی فاقد کاربری، 54.75درصد به اراضی کشاورزی و باغها و کمترین سهم تغییرات، 7.09درصد، به محدودة ساختهشده مربوط است.
محصول بیشتر تبدیل کاربریها، اراضی ساختهشده است؛ بهطوری که در 52.19درصد تغییر کاربریها، اراضی ساختهشدة سکونتگاههای انسانی (بافتهای شهری و روستایی) شکل گرفته است. منبع عمدة شکلگیری کاربری ساختهشده، اراضی بایر است؛ همچنین 37.41درصد تبدیل کاربریها به اراضی فاقد کاربری ختم میشود که متأسفانه منبع عمدة شکلگیری اراضی فاقد کاربری، باغها و اراضی زراعی است؛ از این رو نیاز است از اراضی زراعی و باغهای اطراف شهر مشهد بیشتر حفاظت شود.
بیشترین رقم تبدیل یک کاربری به کاربری دیگر به باغها و اراضی زراعی مربوط بوده است (25.84درصد) که از این مقدار، حدود 10.38درصد به اراضی ساختهشده و 15.48درصد به اراضی فاقد کاربری تبدیل شده است. این مطلب تا حدودی بیانکنندة تخریب باغها و مزارع منطقه درنتیجة ساختوساز و کمبود آب (خشکسالی) است.
تحلیل تئوریک گسترش افقی روستاهای نمونه
توسعة روستاها در ارتباط تنگاتنگی با میزان رشد جمعیت روستایی است و در این زمینه، افزایش طبیعی جمعیت روستایی، میزان مهاجرت خالص به روستا، انتقال ساخت جمعیتی جوامع دیگر به روستا و ساخت جمعیت روستا، از عوامل اساسی به شمار میروند. مهاجرت نیز بهمثابة یکی از معلولهای سیاسی، اقتصادی و اجتماعی که خود در ایجاد ساختارهای جدید اقتصادیاجتماعی تأثیرگذار است، نقش بسزایی در توسعة فیزیکی شهرها دارد. در این بخش از پژوهش، گسترش افقی روستاها در رابطه با عامل جمعیت بررسی میشود. در جدول 9 به جمعیت و مساحت اراضی ساختهشدة روستاهای نمونه در مقطع زمانی مدنظر اشاره شده است.
جدول- 9: جمعیت و مساحت روستاهای نمونه در مقطع زمانی مطالعهشده
|
سال |
جمعیت |
مساحت اراضی ساختهشده (مترمربع) |
سرانة ناخالص |
|
1380 |
28485 |
7125100 |
250.14 |
|
1398 |
58068 |
17211800 |
296.41 |
منبع: مرکز آمار ایران، برداشت میدانی و محاسبات نگارندگان
یکی از روشهای اساسی برای ارزیابی تئوریک گسترش افقی و مشخصکردن رشد نامتوازن سکونتگاهها، روش هلدرن است که در این پژوهش نیز به کار رفته است. جان هلدرن[12] در سال 1991، روشی را برای تعیین نسبت رشد افقی سکونتگاه و رشد جمعیت به کار برد. با استفاده از این روش مشخص میشود چه مقدار از رشد سکونتگاه ناشی از رشد جمعیت و چه مقدار ناشی از رشد نامتوازن سکونتگاه بوده است (Camarota et al., 2003: 23). ساختار کلی مدل به این شرح است:
با توجه به نتایج حاصل از مدل هلدرن، 80.76درصد از رشد فیزیکی روستاهای نمونه به عامل جمعیت و 19.24درصد به رشد نامتوازن سکونتگاههای روستایی نمونه مربوط است که درنتیجة نزدیکی به شهر مشهد و سکنیگزینی جمعیت مهاجران به دلیل جاذبههای شهر مشهد و ناتوانی شهر در پذیرش این حجم از جمعیت روی داده است. درنتیجه در حاشیه و حریم شهر مشهد زمینهای زراعی به مناطق مسکونی و تجاری تبدیل شده است؛ ساختوسازهایی که عمدتاً با تخلف انجام میشود، اما در بعضی از این روستاها با تبصرههای موجود تخلف نادیده گرفته و تسهیلات زیرساختی به اینگونه افراد داده میشود.
مدلسازی کلاسهای کاربری در سالهای 1410 و 1425
برای ارزیابی تغییرات صورتگرفته در کاربری اراضی محدودة پژوهش، از مدل زنجیرة مارکوف استفاده و براساس مدل CA مارکوف، پیشبینی مساحت سه طبقه پوشش زمین در کاربریهای یادشده در افق 1410 و 1425 مشخص شد. اشکال زیر، پیشبینی وضعیت سه طبقه پوشش زمین شامل زمینهای ساختهشده، باغها، مزارع و اراضی فاقد کاربری پیرامونی روستاهای نمونه را در افق 1410 و 1425 نشان میدهد.
با توجه به نقشههای پیشنهادی، مساحت محدودههای ساختهشده در افق 1410 و 1425 به نسبت سال 1398، تقریباً در تمام روستاهای نمونه در حال افزایش خواهد بود؛ اما این نسبت برای روستاهای مختلف متفاوت است. در افق 1410، روستاهای سنگ سیاه (با 114.29درصد افزایش) و منزلآباد (با 113.44درصد افزایش)، بیشترین افزایش نسبت را در طبقة ساختهشده خواهند داشت. در افق 1425 نیز به ترتیب روستاهای سنگ سیاه، سالارآباد، حسینآباد قرقی و منزلآباد، بیشترین افزایش را در طبقة ساختهشده خواهند داشت و در روستاهایی مانند گرجی سفلی، فرخد و دوستآباد از نسبت افزایش طبقة ساختهشده کاسته خواهد شد؛ حتی در روستای فرخد در سال 1425 نسبت به سال 1410، پیشبینی کاهش درصد تغییرات طبقة ساختهشده را نسبت به سایر کاربریها داشتهایم. برمبنای پیشبینی انجامشده، تا افق 1410، روند کاهش مساحت اراضی کشاورزی و باغها در تمام روستاها ادامه خواهد یافت؛ ولی در افق 1425 در بعضی روستاها (مانند سالارآباد، گرجی سفلی و فرخد) با افزایش مساحت اراضی کشاورزی نسبت به سال 1410 مواجه خواهیم بود.
|
کاربری اراضی حسینآباد قرقی 1410 و 1425 |
کاربری اراضی سنگ سیاه 1410 و 1425 |
||
|
کاربری اراضی قلعه سیاه 1410 و 1425 |
کاربری اراضی سالارآباد 1410 و 1425 |
||
|
کاربری اراضی دوستآباد 1410 و 1425 |
کاربری اراضی فرخد 1410 و 1425 |
||
|
کاربری اراضی گرجی سفلی 1410 و 1425 |
کاربری اراضی منزلآباد 1410 و 1425 |
||
شکل- 10:نقشة پیشبینی وضعیت پوشش زمین در افق 1410 و 1425 در روستاهای نمونه
منبع: تصاویر ماهوارهای لندست
جدول- 10: وسعت پوشش زمین در سال 1398 تا افق 1410 و 1425 در روستاهای نمونه (مساحت به هکتار)
|
روستا |
سنگ سیاه |
قلعه سیاه |
سالارآباد |
دوستآباد |
فرخد |
گرجی سفلی |
حسینآباد قرقی |
منزلآباد |
|
|
1398 |
ساختهشده |
115.12 |
205.13 |
44.82 |
232.41 |
148.62 |
296.85 |
442.60 |
231.85 |
|
پوشش گیاهی |
157.50 |
79.99 |
105.79 |
144.89 |
88.78 |
54.52 |
252.36 |
51.61 |
|
|
بایر |
194.21 |
181.71 |
316.22 |
89.53 |
229.43 |
115.46 |
1084.62 |
163.37 |
|
|
1410 |
ساختهشده |
131.57 |
225.53 |
49.86 |
253.58 |
164.00 |
320.95 |
493.83 |
263.01 |
|
پوشش گیاهی |
147.31 |
77.87 |
103.31 |
142.90 |
79.59 |
46.73 |
237.04 |
49.06 |
|
|
بایر |
187.95 |
163.43 |
313.66 |
70.35 |
223.24 |
99.15 |
1048.71 |
154.75 |
|
|
تغییرات افق 1410% |
ساختهشده |
114.29 |
109.94 |
111.24 |
109.11 |
110.35 |
108.12 |
111.57 |
113.44 |
|
پوشش گیاهی |
93.53 |
97.35 |
97.66 |
98.63 |
89.65 |
85.71 |
93.93 |
95.06 |
|
|
بایر |
96.78 |
89.94 |
99.19 |
78.58 |
97.30 |
85.87 |
96.69 |
94.72 |
|
|
1420 |
ساختهشده |
142.01 |
228.05 |
52.33 |
257.32 |
163.30 |
322.63 |
511.63 |
266.61 |
|
پوشش گیاهی |
144.11 |
79.92 |
107.28 |
144.44 |
83.75 |
51.91 |
236.33 |
48.13 |
|
|
بایر |
180.71 |
158.86 |
307.22 |
65.07 |
219.78 |
92.29 |
1031.62 |
152.09 |
|
|
تغییرات افق 1425% |
ساختهشده |
123.36 |
111.17 |
116.76 |
110.72 |
109.88 |
108.68 |
115.60 |
114.99 |
|
پوشش گیاهی |
91.50 |
99.91 |
101.41 |
99.69 |
94.33 |
95.21 |
93.65 |
93.26 |
|
|
بایر |
93.05 |
87.43 |
97.15 |
72.68 |
95.79 |
79.93 |
95.11 |
93.10 |
|
منبع: یافتههای نگارندگان از تصاویر ماهوارهای لندست
در روستای سالارآباد پیشبینی شده است در سال 1425 دوباره مساحت طبقة پوشش گیاهی افزایش نسبی و 101.41درصد افزایش مساحت خواهد داشت؛ یعنی قسمتی از اراضی فاقد کاربری به زیر ساختوساز و کشت کشاورزی خواهد رفت. براساس نقشة پیشبینیشده در افق 1410، اراضی فاقد کاربری در تمام روستاهای نمونه با کاهش نسبی روبهرو خواهند بود که در افق 1425 نیز این روند ادامه خواهد یافت. تغییرات پیشبینیشده برای کاربریهای مختلف در روستاهای نمونه، در شکل زیر بهروشنی مشخص شده است.
شکل- 11:تغییرات کاربری اراضی در سال 1398 تا افق 1410 و 1425 در روستاهای نمونه
نتیجهگیری و پیشنهادها
بیشتر شهرهای ایران در مراحل اولیة شکلگیری با هدف استفاده از خاکهای مرغوب بهمنظور زراعت، در میان اراضی مرغوب زراعی استقرار یافتهاند و به مرور زمان همراه با گسترش روستاها و تبدیل آنها به شهر و سپس توسعة شهرها، اراضی مرغوب زیر پیکر شهرها مدفون و فعالیتهای زراعی ناگزیر به سمت اراضی نامرغوب کشیده شدهاند. تغییرات کاربری اراضی در حاشیة شهرها به قدری سریع است که برنامهریزان و مدیران از توأمساختن فرایند برنامهریزی در این مناطق با توسعة پویا و پیچیدة آن، با دشواریهای بسیاری روبهرو هستند. شهر مشهد مانند دیگر کلانشهرهای کشور، گسترش کالبدی شتابانی را طی دهههای اخیر تجربه کرده است که همین امر، ضرورت ارزیابی اصولی این گسترش و تأثیر آن را بر روستاهای پیرامونی نمایان میسازد. با توجه به کارایی منحصربهفرد تکنیکهای سنجشازدور و سیستم اطلاعات جغرافیایی درزمینة ارزیابی گسترش افقی سکونتگاهها و آثار آن، در این پژوهش نیز از این تکنیکها استفاده شده است.
در پژوهش حاضر، تغییرات پوشش زمین در کاربریهای باغها و زمینهای کشاورزی و محدودههای ساختهشده و زمینهای بایر با استفاده از تصاویر ماهوارهای در بازة زمانی 1380-1398 و الگوریتم حداکثر مشابهت، روش نظارتشده و مدل زنجیرة مارکوف تعیین شد. در مدل زنجیرة مارکوف از کلاسهای پوشش بهمثابة حالت یا همان وضعیت زنجیره استفاده شده است (و ماتریس مساحت انتقال محاسبه شده که نشاندهندة تعداد پیکسلهایی که از هر کلاس به کلاسهای دیگر تبدیل شوند یا همان مقدار وسعتی است که از هر کاربری به کاربری دیگر در بازة زمانی 1380-1398 تغییر یافته است).
از بررسی جدولها و نقشهها چنین نتیجهگیری میشود که مساحت اراضی ساختهشدة روستاهای نمونه طی 18 سال از 712.51 هکتار به 1721.18 هکتار رسیده است و درمقابل اراضی باغی و کشاورزی، کاهش زیادی داشتهاند. بین سالهای 1380 تا 1386 حدود 167 هکتار به مساحت محدودههای ساختهشده و حدود 152 هکتار به اراضی فاقد کاربری اضافه و 319 هکتار از مساحت مزارع و باغها کاسته شده است. تغییرات طبقة ساختهشده در دورة 1386 تا 1392 سرعت بیشتری گرفته، ولی در 6سالة اخیر، از سرعت افزایش مساحت این طبقه کاسته شده و به 131درصد رسیده است. مساحت مزارع و باغها در 6سالة دوم نیز کاهش یافته، ولی در 6سالة اخیر یعنی 1392 تا 1398 از درصد کاهش مساحت این طبقه از کاربری اراضی کم شده است؛ روند کاهشی مساحت اراضی فاقد کاربری در سه دوره ادامه داشته و بهطور مداوم از مساحت اراضی فاقد کاربری کاسته شده است.
نتایج بهدستآمده با پژوهشهای کومار و همکاران (2014)، سهل و کلاجتی[13] (2013)، وانگ و همکاران (2012)، احدنژاد روشـتی و همکاران (1390)، واحدیان بیکی و همکاران (1390)، رمضانی و جعفری (۱۳۹۳)، منصوری و همکاران (1395)، پرور و شایسته (1396)، امانپور و همکاران (1396) و طاهری و همکاران (1397) همسوست.
روستای سالارآباد در سال 1380 کمترین مساحت ساختهشده (فقط 4.18درصد) و روستای گرجی سفلی بیشترین مساحت ساختهشده (39.92درصد) را داشته است. روستای دوستآباد (با 27.43درصد) نیز مساحت ساختهشدة بیشتری نسبت به سایر روستاها داشته است. در سال 1398، مساحت محدودههای ساختهشده در روستاهای گرجی سفلی، منزلآباد و دوستآباد، بیشترین درصد را دارد. در این میان مسئلة مهم، تغییر اراضی باغی و کشاورزی به اراضی ساختهشده است. عوامل پیدا و پنهان بسیاری در این امر دخیل بودهاند که مهمترین آنها، عامل رشد جمعیت و رشد نامتوازن روستاهای نمونه است. برمبنای نتایج حاصل از مدل هلدرن، 76/80درصد از رشد شهر مربوط به عامل جمعیت و 24/19درصد مربوط به رشد نامتوازن روستاها بوده است.
در بررسی انجامشده مشخص شد براساس تغییرات الگوی کاربری در سریهای زمانی، با سه دسته سکونتگاه روستایی در حریم شهر مشهد روبهرو هستیم؛ دستة اول روستاهایی هستند که در محدودة شهر قرار گرفته و ناگزیر جمعیت سرریزشدة شهر مشهد را در خود پذیرا شدهاند؛ مانند روستاهای گرجی سفلی، حسینآباد قرقی و منزلآباد. این روستاها بهویژه در 6سالة اخیر با ساختوساز بیرویه و عمدتاً غیرمجاز روبهرو بودهاند که مدیریت روستایی توان ادارة آن را نداشته و با تبصرههایی، امکانات زیرساختی اولیه نیز فراهم شده است؛ دستة دوم، روستاهایی هستند که در فاصلة کمی دورتر قرار گرفته و با وجود دریافت جمعیت مهاجر به دلیل توانهای طبیعی و وجود باغها، با گسترش خانههای دوم و باغویلاها در محدودة روستا و خارج از خط محدوده روبهرو شدهاند. ازجمله قلعه سیاه (رضویه) و دوستآباد که ساکنان شهر مشهد به دلیل توان مالی زیاد در داخل محدودة روستا و همچنین نبود نظارت کافی و مدیریت واحد در خارج از محدودة روستا، ویلا ساختهاند. این پدیده نیز از سال 1392 به بعد و در 6سالة اخیر شدت بیشتری گرفته است؛ دستة سوم روستاهای دورتر از شهر مشهد هستند که با وجود اینکه پذیرای شماری از مهاجران به شهر بودهاند، روند طبیعیتری در گسترش روستا و افزایش محدودههای ساختهشده داشتهاند؛ مانند روستاهای سالارآباد، سنگ سیاه و فرخد.
نتایج نشان داد در بازة زمانی ۱۳۸۰-۱۳۹۸، مقدار 66377 مترمربع از مساحت مزارع و باغها و 90747 مترمربع از مساحت اراضی فاقد کاربری به محدودههای ساختهشده تبدیل شده است. احتمال تبدیل مزارع و باغها به محدودة ساختهشده برابر با 10.38درصد و احتمال انتقال اراضی فاقد کاربری به محدودة ساختهشده برابر با 14.27درصد است که اقدامات لازم در این زمینه را میطلبد تا از گسترش بیرویة روستاها به این اراضی جلوگیری شود.
با توجه به نقشههای پیشنهادی، مساحت محدودههای ساختهشده در افق 1410 و 1425 به نسبت سال 1398، تقریباً در تمام روستاهای نمونه در حال افزایش خواهد بود؛ اما این نسبت برای روستاهای مختلف متفاوت است. در افق 1410، روستاهای سنگ سیاه (با 106.21درصد افزایش) و منزلآباد (با 105.25درصد افزایش) بیشترین افزایش نسبت را در طبقة ساختهشده و در افق 1425 نیز، به ترتیب روستاهای سنگ سیاه، سالارآباد، منزلآباد و حسینآباد قرقی بیشترین افزایش را در طبقة ساختهشده خواهند داشت و در روستاهایی مانند گرجی سفلی، فرخد و دوستآباد از نسبت افزایش طبقة ساختهشده کاسته خواهد شد؛ حتی در روستای فرخد در سال 1425 نسبت به سال 1410، پیشبینی کاهش درصد تغییرات طبقة ساختهشده را نسبت به سایر کاربریها داشتهایم. با توجه به نقشة سال 1398، باغها و اراضی کشاورزی در سمت شمال و شمال غرب شهر مشهد همچنان باقی است.
برمبنای پیشبینی انجامشده در پژوهش حاضر، در صورت نبود برنامهریزی و سیاستگذاری درست و مناسب برای حریم شهر مشهد و سکونتگاههای روستایی واقع در حریم شهر و همچنین با توجه به گسترش و توسعة شهر به سمت شمال غرب و در جهت باغها و اراضی کشاورزی، در آیندهای نهچندان دور شاهد نابودی باغها و اراضی کشاورزی باقیمانده و تبدیل آنها به مناطق مسکونی خواهیم بود؛ بنابراین نتایج پژوهش حاضر، هشدار و تلنگری برای برنامهریزان و مدیران شهری و روستایی است تا بهمنظور جلوگیری از تغییرات کاربری و تخریب محیطزیست بهویژه در سالهای اخیر تدبیری بیندیشند و در حفظ این سکونتگاهها با ویژگیهای منحصربهفرد آنها اهتمام لازم را داشته باشند. پیشنهادهای اصولی زیر برای کمک به برنامهریزان دربارة موضوع رشد شهری مشهد و سکونتگاههای روستایی پیرامونی ارائه میشود:
- استفاده از اراضی بایر و خالی داخل شهر برای مصرف شهری و روستایی؛
- هدایت برای گسترش شهر و روستاهای نمونه به سمت زمینهای بایر و رهاشده و جلوگیری از ساختوساز در زمینهای کشاورزی اطراف روستاها؛
در جمعبندی نهایی، مهمترین و قطعیترین چالش موجود در حوزة همجواری روستاها با کلانشهر مشهد، نبود هماهنگی مدیریتی بین سازمانهای ذیمدخل و تصمیمگیر و نبود ساختاری برای تصمیمگیری واحد دربارة حریم کلانشهر مشهد است. مطرحشدن لزوم بهرهبرداری از فرصتهای همجواری با کلانشهر مشهد از سوی سکونتگاههای روستایی واقع در حریم، مسائلی را در پی داشته است؛ ازجمله رشد فزایندة جمعیت روستاهای حریم بهویژه روستاهای محدودة شهر و تغییر الگوی رشد روستاهای همجوار مشهد نسبت به روستاهای دورتر، آلودگیهای زیستمحیطی موجود در حریم و پیرامون روستاها در حوزههای آب، خاک و هوا، ساختوسازهای بیرویه و رشد پراکنده در سکونتگاههای روستایی حریم و درنتیجه وقوع پدیدة انفجار کلانشهری.
)
