آگاهی از تغییرات سطوح غیر قابل نفوذ برای درک شهرنشینی و تاثیر آن بر چرخه هیدرولوژیکی، مدیریت آب، تعادل انرژی سطحی، جزیره گرمایشی و تنوع زیستی ضروری است. این پژوهش به آشکارسازی سطوح نفوذناپذیر و تغییرات آن در شهر قایمشهر با استفاده از تصاویر ماهواره لندست پرداخته است. پس از آشکارسازی، ارتباط سطوح نفوذناپذیر شهری با تفاوتهای درجه حرارت سطح زمین در شهر بررسی شد. بدین منظور پس از اخذ سه تصویر در سال های 1978، 2000 و 2017 و انجام پیش پردازش های لازم، مقادیر بازتاب طیف فروسرخ کوتاه و درجه حرارت سطح زمین در منطقه مورد مطالعه محاسبه شد. میزان بازتاب این طیف در کاربری های مختلف پوشش گیاهی، آسفالت و مناطق ساخته شده در دو بخش شهر و حومه شهر بررسی و محاسبه شد. با استفاده از نتایج حاصل از آزمون تحلیل واریانس یک طرفه (ANOVA) و آزمون تعقیبی توکی (Tukey) ویژگی های فوق در این کاربری ها با هم مقایسه شدند. با استناد به تفاوت سطوح نفوذپذیر (پوشش گیاهی) و سطوح نفوذناپذیر (مناطق ساخته شده و آسفالت)، شاخص سطوح نفوذناپذیر شهری تعریف و محاسبه شد. نتایج آشکارسازی و مقایسه سه تصویر بررسی شده مشخص نمود، سطوح نفوذناپذیر در قایم شهر از سال 1978 تا 2017 افزایش چشمگیری داشته است. در مرحله بعد با محاسبه دمای سطح زمین مشخص شد مقدار دما در سطوح نفوذناپذیر بیشتر از سایر بخشهای محدوده مورد مطالعه است. افزایش جمعیت شهر و به دنبال آن افزایش ساخت و ساز سبب افزایش سطوح نفوذ ناپذیر و کاهش فضای سبز شده است و این کاهش، افزایش دمای شهر را سبب شده است. نتایج پژوهش نشان داد، افزایش سطوح نفوذناپذیر شهری، افزایش حدود 4 درجه در دمای شهر را در پی داشته است. نهایتا می توان گفت هرگونه افزایش سطوح نفوذناپذیر در سطح شهر اگر همراه با برنامه ریزی صحیح نباشد منجر به عدم تعادل محیط شهری خواهد شد.

طرح مسئله: رشد جمعیت شهری و توسعه فیزیکی مداوم شهرها باعث تغییر پوشش طبیعی زمین می شود و آن را به پوشش مصنوعی و سطوح نفوذناپذیر تبدیل می کند. افزایش چشمگیر این سطوح به پیامدهای منفی در بسیاری از حوزه ها می انجامد؛ ازجمله افزایش رواناب سطحی و خطر سیل، کاهش میزان تغذیه آب های زیرزمینی و تشدید اثر جزیره گرمایی. به این دلایل برآورد دقیق و پایش روند تغییرات این محدوده ها ضروری است. در این زمینه داده های سنجش از دور، یک راه حل مقرون به صرفه برای تهیه سطوح نفوذناپذیر و نظارت بر آنهاست. هدف: هدف پژوهش حاضر، شناسایی سطوح نفوذناپذیر شهری با استفاده از تصاویر راداری است. روش: در پژوهش پیش رو ویژگی های بافتی ماتریس هم رخداد سطوح خاکستری (GLCM) با استفاده از روش های طبقه بندی حداکثر احتمال، شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان روی تصویر راداری Sentinel-1 برای تعیین سطوح نفوذناپذیر شهر بندرعباس ارزیابی می شود. نتایج: به منظور بررسی صحت پردازش های انجام شده با روش های به کاررفته، از روش های برآورد دقت کل و ضریب کاپا استفاده شد. صحت کلی 0/97، 14/98 و 40/98درصد و ضریب کاپا 95/0، 97/0 و 97/0 به ترتیب برای طبقه بندی بیشترین شباهت، شبکه عصبی مصنوعی و ماشین بردار پشتیبان به دست آمد که نشان دهنده مناسب بودن روش های استفاده شده برای آشکارسازی سطوح نفوذناپذیر شهری است. نوآوری: برای استخراج اطلاعات سطوح شهری بیشتر از الگوریتم های طبقه بندی متداول ویژگی های طیفی بهره برده می شود. این مسئله باعث می شود حجم زیادی از اطلاعات فضایی مفید مانند بافت در طبقه بندی تصاویر نادیده گرفته شود. با توجه به اینکه تصاویر SAR به مشخصات هندسی سطوح شهری حساس اند، می توان با استفاده از ویژگی های بافتی تصاویر راداری، سطوح نفوذناپذیر شهری را با دقت مناسبی آشکارسازی کرد که تاکنون کمتر به آن توجه شده است.

تفکیک سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری و بررسی روند تغییرات آن، اهمیت بسیاری دارد؛ زیرا امروزه این مقوله شاخصی از گسترش شهر به شمار می آید. سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری، شامل مناطق مسکونی، مناطق تجاری و صنعتی، پارکینگ ها و سطح معابر و شبکه خیابان هاست. انواع سطوح نفوذناپذیر و تنوع بسیار آن ها از نظر شکل، اندازه و مواد تشکیل دهنده سبب پیچیدگی تفکیک این سطوح در مناطق شهری می شود. در این پژوهش از تصویر سار تمام پولاریمتریک سنجنده آلوس/ پالسار برای تشخیص سطوح نفوذناپذیر در سطح شهر تهران استفاده شده است. کارایی شاخص های راداری مختلف و ترکیب دوگانه باندهای پولاریمتریک در تفکیک سطوح نفوذناپذیر از سایر کلاس های متفاوت پوشش زمین، ارزیابی شده است. برای شناسایی کلاس های پوشش زمین از الگوریتم طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان استفاده شده است. براساس نتایج پژوهش، استفاده از شاخص های راداری همراه با تمام باندهای پولاریمتریک، سبب استخراج انواع سطوح نفوذناپذیر با صحت 95 درصد می شود. همچنین در صورت استفاده از دو باند پولاریمتریک با قطب عمودی اش به همراه شاخص های راداری، صحت طبقه بندی 90 درصد است. براساس یافته های این پژوهش، تصاویر سار جایگزین مناسبی برای تصاویر نوری در تفکیک سطوح نفوذناپذیر شهری هستند. همچنین در صورت دسترسی نداشتن به تصاویر تمام پولاریمتریک، استفاده از دو باند پولاریمتریک به همراه شاخص های راداری، برای استخراج سطوح نفوذناپذیر در مناطق پیچیده شهری مناسب است.

آشکارسازی تغییرات از نیازهای اساسی ارزیابی و مدیریت منابع طبیعی است. نقشه های تغییرات کاربری و پوشش اراضی را می توان بر اساس تصاویر چند زمانه سنجش از دور تهیه کرد. روش های گوناگونی برای آشکارسازی تغییر و تحولات کاربری ها ارایه شده است. موضوع این مطالعه بررسی تغییرات سطوح نفوذناپذیر در محدوده شهر اصفهان با تصاویر سنجنده MSS و AWiFS و با به کارگیری روش مقایسه بعد از طبقه بندی طی بازه زمانی 1387-1366 می باشد. بدین منظور، ابتدا تصاویر با استفاده از الگوریتم های مناسب از لحاظ هندسی تصحیح شدند. RMSe حاصل از تصاویر MSS و AWiFS به ترتیب 0.58 و 0.56 پیکسل تعیین گردید که تمامی این مقادیر کم تر از یک پیکسل بود. سپس با تعیین نمونه های آموزشی، دو تصویر با استفاده از روش شبکه عصبی پرسپترون چندلایه به پنج طبقه آب، مناطق مسکونی، اراضی بایر، پوشش گیاهی و جاده طبقه بندی گردید. صحت کلی به دست آمده از تصاویر MSS و AWiFS به ترتیب 90.79 و 92.86 بود. در مرحله بعد برای آشکارسازی تغییرات از روش مقایسه بعد از طبقه بندی استفاده شد و نقشه تغییرات به دست آمد. نتایج نشان می دهند طی این بازه زمانی مساحت سطوح نفوذناپذیر، 6829 هکتار افزایش و پوشش گیاهی بیش از 527 هکتار کاهش یافته است. از دلایل اصلی این تغییرات، رشد سریع جمعیت به میزان حدود 62 درصد و رشد صنعت طی این دوره 21 سال می باشد.

با توجه به تأثیر قابل توجه گسترش سطوح نفوذناپذیر بر اکوسیستم شهری، تهیه اطلاعات دقیق و به روز این سطوح عامل مهمی در برنامه ریزی و مدیریت پایدار شهری محسوب می شود. داده های سنجش ازدور و به ویژه تصاویر هوابرد  پتانسیل بالایی در ارائه اطلاعات مذکور داشته و در سال های گذشته با موفقیت بالایی، در این راستا مورداستفاده قرار گرفته اند. علیرغم کاربرد وسیع این داده ها در تهیه اطلاعات سطوح نفوذناپذیر شهری، قابلیت اطمینان و صحت خروجی این فرایند همچنان به بررسی بیشتر نیاز دارد؛   صحت نهایی نقشه های تولید شده از عوامل متعددی تاثیر می پذیرد که در این تحقیق با بکارگیری الگوی طبقه بندی دقیق و جزئی و استفاده از داده های پهپاد و ماهواره سنتینل، تأثیر پارامترهای داده، ساختار شهری و پوشش گیاهی بر صحت نقشه های خروجی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که هر سه عامل می توانند باعث ایجاد عدم اطمینان قابل توجهی در نقشه های خروجی گردند. پوشش گیاهی به عنوان یکی از مهمترین موانع ثبت عکس العمل واقعی عوارض توسط سنجنده ها، می تواند تا 10 درصد کاهش در مساحت سطوح نفوذناپذیر برآورد شده نسبت به مساحت واقعی را سبب شود که این مقدار تحت تاثیر تراکم پوشش گیاهی می باشد. همچنین تغییر ساختار شهری در مناطق مختلف و تغییر داده مورداستفاده نیز می تواند باعث تغییر 20 درصدی در شاخص صحت کلی گردد. نتایج این تحقیق می تواند در ارائه بینش صحیح نسبت به قابلیت اطمینان نقشه سطوح نفوذناپذیر و توسعه روشهای بهبود آن مورداستفاده قرار گیرد.

توسعه ی شهری سبب گسترش سطوح نفوذناپذیر و متعاقب آن تغییر در هیدرولوژی شهری شده است. هدف از این تحقیق، بررسی اثر تغییر کاربری و توسعه ی شهری بر تغییرات دبی پیک رواناب در حوزه ی آبخیز شهری زنجان می باشد. بدین منظور، تصاویر TM ماهواره ی لندست و عکس های هوایی سال های 1334، 1379 و 1391 با استفاده از نرم افزار IDRISI Selva و سیستم اطلاعات جغرافیایی پردازش شده و نقشه های کاربری اراضی حاوی شش کاربری تهیه و روند تغییرات کاربری اراضی و توسعه ی شهری مشخص گردید. به منظور آنالیز رفتار هیدرولوژیکی و هیدرولیکی اثر سه دوره ی تغییر کاربری و توسعه ی شهری بر تغییرات دبی پیک رواناب، از مدل بارش رواناب SWMM استفاده گردید. پس از واسنجی مدل SWMM بر اساس وقایع بارش-رواناب مشاهداتی، نتایج واسنجی و صحت سنجی مدل، درستی و تطابق شبیه سازی های مدل را تأیید کرد. نتایج روند تغییر کاربری و توسعه ی شهری حوزه ی آبخیز شهری زنجان نشان می دهد محدوده های شهری در سال 1391 نسبت به سال های 1379 و 1334 به ترتیب با 59/22 و 88/923 درصد افزایش و در سال 1379 نسبت به سال 1334 با افزایش 06/543 درصدی همراه هستند. نتایج حاصل از مدل SWMM نشان می دهد توسعه ی شهری و تغییر کاربری اراضی و تبدیل آن ها به سطوح شهری سبب افزایش دبی پیک رواناب شده به طوری که میانگین تغییرات دبی پیک جریان در سال 1391 نسبت به سال های 1379 و 1334 به ترتیب افزایش 85/96 و 52/475 درصدی را نشان می دهد و در سال 1379 نسبت به سال 1334، 288/194 درصد، افزایش در میانگین دبی پیک رواناب مشاهده می شود.

استفاده از آبشکن ها یکی از روش هایی است که به طور معمول برای حفاظت از سواحل و به منظور ساماندهی در دهه های اخیر در رودخانه ها مورد توجه قرار گرفته است. در واقع آبشکن ها با اصلاح شرایط هیدرولیکی جریان، قدرت فرسایشی آب و توان حمل رسوبی را در فاصله دو آبشکن کاهش داده و زمینه رسوب گذاری و تثبیت کناره های رودخانه را فراهم می آورند. با ساخت آبشکن شرایط جدیدی در رودخانه ایجاد می شود که منجر به آبشستگی اطراف دماغه آبشکن ها می گردد. با اطلاع از میزان آبشستگی و الگوی جریان اطراف آبشکن ها می توان طراحی آبشکن را با دقت بیشتری انجام داد. در این تحقیق به بررسی آزمایشگاهی آبشستگی و رسوب گذاری اطراف سری آبشکن هاپرداخته شده است. آزمایش ها در شرایط آب زلال و با آبشکن های با درصدهای نفوذپذیری 0 درصد (بسته) تا 50 درصددرون فلومی به عرض 0.56 متر و طول 7.3 متر و ارتفاع 0.6 متر انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد نفوذپذیری، حداکثر عمق آبشستگی اطراف آبشکن اول به میزان 75 درصد کاهش پیدا کرد و همین طور میزان حجم رسوب گذاری بین آبشکن ها با افزایش نفوذپذیری آبشکن کاهش یافت.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.