اثر تغییرات کاربری اراضی بر نوسان سطح آب‌ زیرزمینی: مطالعه موردی دشت‌ قروه- دهگلان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گرایش آبیاری و زهکشی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، ایران.

2 استاد گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه بوعلی‌سینا، همدان، ایران.

چکیده

پژوهش حاضر با هدف بررسی اثرات و ارتباط میان تغییرات کاربری اراضی و نوسانات سطح آب زیرزمینی در دشت قروه- دهگلان، استان کردستان، طی یک دوره ۲۶ ساله، در دو بازه زمانی ۱۳۷۶–۱۳۸۰ و ۱۳۹۸–۱۴۰۲ انجام شد. با استفاده از تصاویر ماهواره‌های لندست-5 و لندست-8 و با بهره‌گیری از الگوریتم یادگیری­ماشین جنگل تصادفی، کاربری اراضی منطقه در چهار کلاس شامل کشاورزی دیم، کشاورزی آبی، اراضی ساخته شده، و اراضی بایر طبقه‌بندی شد. این تحلیل‌ها تغییرات در نوع و میزان کاربری اراضی را به‌صورت کمّی نشان می­دهند. سپس، با استفاده از آمار چاه‌های مشاهده‌ای و نرم‌افزار ArcMap، نقشه‌های پهنه‌بندی سطح تراز آب زیرزمینی با روش درونیابی IDW تهیه و ترسیم گردید. این نقشه‌ها امکان مقایسه و تحلیل روندهای تغییر سطح آب زیرزمینی را فراهم ساختند. یافته‌های پژوهش حاکی از آن است که در دوره دوم بررسی، کاربری کشاورزی دیم در منطقه با کاهش 13/36% مواجه بود، در حالی که کاربری کشاورزی آبی به میزان 11/07% افزایش یافت. به‌طور هم‌زمان، سطح تراز آب زیرزمینی طی این بازه زمانی روندی کاهشی و چشم­گیر را داشت؛ به‌گونه‌ای که در نواحی مرکزی، غربی و جنوب‌غربی دشت، افت سطح آب زیرزمینی تا حدود ۹۹ متر نیز گزارش شد. این افت با تغییر کاربری از اراضی دیم به اراضی آبی، هم‌زمان و هم‌راستا بود. این نتایج نشان‌دهنده آن است که تغییرات ناپایدار در الگوهای کاربری اراضی، همراه با بهره‌برداری بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی، به شکل‌گیری چرخه‌ای معیوب منجر شده است؛ چرخه‌ای که نه‌تنها تعادل منابع آب منطقه را با چالش جدی مواجه می‌سازد، بلکه تهدیدی اساسی برای پایداری زیست‌محیطی در بلندمدت به‌شمار می‌آید. در مجموع، این پژوهش تأکید دارد که بهره‌برداری ناپایدار و تغییرات نامناسب کاربری اراضی، افت منابع آب زیرزمینی و تخریب سطح سرزمین را در منطقه به‌دنبال دارد. بر این اساس، چند راه­کار توصیه شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analysis of the Impact of Land Use Changes on Groundwater Level Fluctuations (Case Study: Qorveh-Dehgolan Plains)

نویسندگان [English]

  • Peyman Tahmasebi 1
  • Hamid Zare Abyaneh 2
1 PhD student in Irrigation and Drainage, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
2 Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture, Bu-Ali Sina University, Hamadan, Iran.
چکیده [English]

The present study was conducted with the objective of examining the impacts and interrelations between land use/land cover (LULC) changes and groundwater level fluctuations in the Qorveh–Dehgolan Pplain, Kurdestan Province, over a 26-year period, covering two time intervals: 1997–2001 and 2019–2023. Using Landsat-5 and Landsat-8 satellite imagery and employing the Random Forest Machine Learning Algorithm, land use in the region was classified into four categories: rainfed agriculture, irrigated agriculture, built-up areas, and barren lands. These analyses quantitatively revealed changes in the type and extent of land use. Subsequently, based on observational well data and through ArcMap software, groundwater level zoning maps were prepared and visualized using the Inverse Distance Weighting (IDW) interpolation method. These maps enabled the comparison and analysis of groundwater level change trends. The findings of the study indicate that, during the second investigation period, rainfed agricultural lands in the region decreased by 13.36%, while irrigated agricultural lands increased by 11.07%. Simultaneously, groundwater levels exhibited a sharp declining trend during this interval, with drawdowns of up to 99 meters reported in the central, western, and southwestern parts of the plain. This decline was temporally and spatially consistent with the conversion of rainfed agricultural lands into irrigated farmlands. The results demonstrate that unstable changes in land use patterns, combined with excessive groundwater exploitation, have led to the emergence of a vicious cycle- one that not only jeopardizes the balance of regional water resources but also poses a fundamental threat to long-term environmental sustainability. In conclusion, the study emphasizes that unsustainable groundwater use and inappropriate land use transitions drive aquifer depletion and land degradation in the region. Therefore, to mitigate water and environmental crises and ensure regional sustainability some strategies are recommended.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Remote Sensing
  • Landsat-5 and Landsat-8
  • Rainfed lands
  • Irrigated

مراجع

  1. اسکندری دامنه، حامد، زهتابیان، غلامرضا، سلاجقه، علی، قربانی، مهدی و خسروی، حسن، (1397). تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر کمیت و کیفیت منابع آب زیرزمینی حوضۀ غرب تالاب جازموریان. نشریه مرتع و آبخیزداری. 71(3)، صص. 563-578. doi: 10.22059/jrwm.2018.257186.1259
  2. طهماسبی، پیمان، دالوند، فاطمه، حسینی، سید ابوالفضل، کریمی، بختیار، و قدرشناس، هیرش، (1403). بررسی مقایسه‌ای کارایی انرژی دو سامانه آبیاری بارانی در کشت گندم (مطالعه موردی: دشت‌های دهگلان، استان کردستان). آب‌وخاک 38(6)،صص. 683-697. doi: 10.22067/jsw.2025.90134.1439
  3. طهماسبی، پیمان، مقدم­نیا، آرمان، گل­محمدی قانع، پگاه، فتحی، آرام، کریمی، بختیار و قدرشناس، هیرش، (1404). ارزیابی کارایی انرژی مصرفی مزارع سیب‌زمینی و گندم تحت سامانه آبیاری بارانی (مطالعه موردی: پایاب سد مخزنی سورال، استان کردستان)، نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران، 15(3)، صص. 19-37.

 doi: 10.22125/iwe.2025.501965.1852

  1. یوسفی مبرهن، ابراهیم و زندی فر، سمیرا، (1402). پهنه‌بندی تغییرات افت سطح آب زیرزمینی و پایش زمانی خشک‌سالی در دشت قروه-دهگلان. سامانه‌های سطوح آبگیر باران. 11(1)، صص. 35-17.
  2. Asadollahi, A., VB, M.K., Ghimire, A.B., Poudel, B. and Shin, S., 2024. The impact of climate change and urbanization on groundwater levels: A system dynamics model analysis. Environmental Protection Research, pp.1-15.
  3. Ashaolu, E.D., Olorunfemi, J.F. and Ifabiyi, I.P., 2019. Effect of land use/land cover change on groundwater recharge in Osun Drainage Basin, Nigeria. Journal of geology, geography and geoecology, 28(3), pp.381-394.

https://doi.org/10.15421/111936

  1. Ayieko, A., Moses, G., Godfrey, M., Kimwatu, D. and Mwangi, A., 2024. Spatial modeling of groundwater across land use land cover and climate change gradient using SWAT and Logan’s method: a case study of Mbagathi sub-catchment. Modeling Earth Systems and Environment, 10(1), pp.285-301.
  2. Bronstert, A., 2004. Rainfall‐runoff modelling for assessing impacts of climate and land‐use change. Hydrological Processes, 18(3), pp.567-570.

https://doi.org/10.1002/hyp.5500

  1. Congalton, R.G., 1991. A review of assessing the accuracy of classifications of remotely sensed data. Remote sensing of environment, 37(1), pp.35-46.

https://doi.org/10.1016/00344257 (91)90048-B

  1. Devia, G.K., Ganasri, B.P. and Dwarakish, G.S., 2015. A review on hydrological models. Aquatic procedia, 4, pp.1001-1007.

https://doi.org/10.1016/j.aqpro.2015.02.126

  1. Dias, L.C.P., Macedo, M.N., Costa, M.H., Coe, M.T. and Neill, C., 2015. Effects of land cover change on evapotranspiration and streamflow of small catchments in the Upper Xingu River Basin, Central Brazil. Journal of Hydrology: Regional Studies, 4, pp.108-122.
  2. Takala, W., Adugna, T. and Tamam, D., 2016. The effects of land use land cover change on hydrological process of Gilgel Gibe, Omo Gibe Basin, Ethiopia. J. Sci. Eng. Res, 7(8), pp.117-128.
  3. Ellis, E. and Pontius, R., 2007. Land-use and land-cover change. Encyclopedia of earth, 1, pp.1-4.
  4. Elmahdy, S.I. and Mohamed, M.M., 2015. Automatic detection of near surface geological and hydrological features and investigating their influence on groundwater accumulation and salinity in southwest Egypt using remote sensing and GIS. Geocarto International, 30(2), pp.132-144.
  5. Elmahdy, S.I. and Mohamed, M.M., 2016. Factors controlling the changes and spatial variability of Junipers phoenicea in Jabal Al Akhdar, Libya, using remote sensing and GIS. Arabian Journal of Geosciences, 9(6), pp.478.
  6. Elmahdy, S.I. and Mohamed, M.M., 2013. Influence of geological structures on groundwater accumulation and groundwater salinity in Musandam Peninsula, UAE and Oman. Geocarto International, 28(5), pp.453-472.
  7. (2016). Global diagnostic on groundwater governance (p. 210). FAO, Rome, Italy (Retrieved from). https://www.fao.org/documents/card/en/c/be747191–6523- 3b-8e97–54db762032a7/.
  8. Foga, S., Scaramuzza, P.L., Guo, S., Zhu, Z., Dilley Jr, R.D., Beckmann, T., Schmidt, G.L., Dwyer, J.L., Hughes, M.J. and Laue, B., 2017. Cloud detection algorithm comparison and validation for operational Landsat data products. Remote sensing of environment, 194, pp.379-390.
  9. Gleeson, T., Befus, K.M., Jasechko, S., Luijendijk, E. and Cardenas, M.B., 2016. The global volume and distribution of modern groundwater. Nature geoscience, 9(2), pp.161-167.
  10. Haddeland, I., Heinke, J., Biemans, H., Eisner, S., Flörke, M., Hanasaki, N., Konzmann, M., Ludwig, F., Masaki, Y., Schewe, J. and Stacke, T., 2014. Global water resources affected by human interventions and climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(9), pp.3251-3256.
  11. Hussain, S., Wang, Y., Awais, M., Sajjad, M.M., Ejaz, N., Javed, U., Waqas, M., Zhe, X. and Iqbal, J., 2024. Integrated assessment of groundwater quality dynamics and Land use/land cover changes in rapidly urbanizing semi-arid region. Environmental Research, 260, p.119622.
  12. Immerzeel, W., 2008. Historical trends and future predictions of climate variability in the Brahmaputra basin. International Journal of Climatology: A Journal of the Royal Meteorological Society, 28(2), pp.243-254.
  13. Lindquist, L.W., Palmquist, K.A., Jordan, S.E. and Lauenroth, W.K., 2019. Impacts of climate change on groundwater recharge in Wyoming big sagebrush ecosystems are contingent on elevation. Western North American Naturalist, 79(1), pp.37-48.
  14. Mengistu, T.D., Chung, I.M., Kim, M.G., Chang, S.W. and Lee, J.E., 2022. Impacts and implications of land use land cover dynamics on groundwater recharge and surface runoff in East African Watershed. Water, 14(13), p.2068.

https://doi.org/10.3390/w14132068

  1. Ministry of Environment and Water (MEW). UAE State of Environment Report; Ministry of Environment and Water (MEW): Abu Dhabi, United Arab Emirates, 2015.
  2. Mohamed, M.M. and Elmahdy, S., 2018. Land use/land cover changes monitoring and analysis of Dubai Emirate, UAE using multi-temporal remote sensing data. EPiC Series in Engineering, 3, pp.1435-1443.
  3. Mohamed, Mohamed Mostafa, and Samy Ismail Elmahdy. "Natural and anthropogenic factors affecting groundwater quality in the eastern region of the United Arab Emirates." Arabian Journal of Geosciences 8, no. 9 (2015): 7409-7423.
  4. Nas, B. and Berktay, A., 2010. Groundwater quality mapping in urban groundwater using GIS. Environmental monitoring and assessment, 160(1), pp.215-227.
  5. Nóbrega, R.L., Guzha, A.C., Lamparter, G., Amorim, R.S., Couto, E.G., Hughes, H.J., Jungkunst, H.F. and Gerold, G., 2018. Impacts of land-use and land-cover change on stream hydrochemistry in the Cerrado and Amazon biomes. Science of the Total Environment, 635, pp.259-274.
  6. Patra, S., Sahoo, S., Mishra, P. and Mahapatra, S.C., 2018. Impacts of urbanization on land use/cover changes and its probable implications on local climate and groundwater level. Journal of urban management, 7(2), pp.70-84.
  7. Salem, A., Abduljaleel, Y., Dezső, J. and Lóczy, D., 2023. Integrated assessment of the impact of land use changes on groundwater recharge and groundwater level in the Drava floodplain, Hungary. Scientific Reports, 13(1), p.5061.
  8. Sanford, W., 2002. Recharge and groundwater models: an overview. Hydrogeology journal, 10(1), pp.110-120.

https://doi.org/10.1007/s10040-001-0173-5

  1. Siddik, M.S., Tulip, S.S., Rahman, A., Islam, M.N., Haghighi, A.T. and Mustafa, S.M.T., 2022. The impact of land use and land cover change on groundwater recharge in northwestern Bangladesh. Journal of Environmental Management, 315, p.115130.

https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115130

  1. Siebert, J. Burke, J.M. Faures, K. Frenken, J. Hoogeveen, P.D.¨oll, and F.T. Portmann, 2010 global gw inventory. https://www.academia.edu/4351439/Seibert_et_al_ 2010_global_gw_inventory.
  2. Simmers, I., 1997. Recharge of Phreatic Aquifers in (Semi-) Arid Areas. In: IAH Int. Contrib. Hydrogeol, 19. AA Balkema, Rotterdam, p. 277.
  3. Takele, G.S., Gebre, G.S., Gebremariam, A.G. and Engida, A.N., 2022. Hydrological modeling in the Upper Blue Nile basin using soil and water analysis tool (SWAT). Modeling Earth Systems and Environment, 8(1), pp.277-292.
  4. Temesgen, G., Amare, B. and Abraham, M., 2014. Evaluations of land use/land cover changes and land degradation in Dera district, Ethiopia: GIS and remote sensing based analysis. Int J Sci Res Environ Sci, 2(6), pp.199-208.
  5. Tian, S., Zhang, X., Tian, J. and Sun, Q., 2016. Random forest classification of wetland landcovers from multi-sensor data in the arid region of Xinjiang, China. Remote Sensing, 8(11), p.954.
  6. Tikuye, B.G., Rusnak, M., Manjunatha, B.R. and Jose, J., 2023. Land use and land cover change detection using the random forest approach: the case of the Upper Blue Nile River Basin, Ethiopia. Global Challenges, 7(10), p.2300155.
  7. Tola, B. and Deyassa, G., 2024. A modeling approach for evaluating and predicting the impacts of land use land cover changes on groundwater recharge in Walga Watershed, Upper Omo Basin, Central Ethiopia. Journal of Hydrology: Regional Studies, 51, p.101659.
  8. Tong, S., Liu, A., 2006. Modelling the hydrologic effects of land-use and climate changes. Int. J. Risk Assess. Manag. - Int. J. Risk Assess. Manag. 6, pp. 344–368.

 https://doi.org/10.1504/IJRAM.2006.009543

  1. Vogelmann, J.E., Gallant, A.L., Shi, H. and Zhu, Z., 2016. Perspectives on monitoring gradual change across the continuity of Landsat sensors using time-series data. Remote Sensing of Environment, 185, pp.258-270.
  2. Vorosmarty, C.J., Green, P., Salisbury, J. and Lammers, R.B., 2000. Global water resources: vulnerability from climate change and population growth. Science, 289(5477), pp.284-288.

https://doi.org/10.1126/science.289.5477.284

  1. Wang, S., Kang, S., Zhang, L. and Li, F., 2008. Modelling hydrological response to different land‐use and climate change scenarios in the Zamu River basin of northwest China. Hydrological Processes: An International Journal, 22(14), pp.2502-2510.

https://doi.org/10.1002/HYP.6846

  1. Warku, F., Korme, T., Wedajo, G.K. and Nedow, D., 2022. Impacts of land use/cover change and climate variability on groundwater recharge for upper Gibe watershed, Ethiopia. Sustainable Water Resources Management, 8(1), p.2.

https://doi.org/10.1007/s40899-021-00588-8

  1. Weber, H. and Sciubba, J.D., 2019. The effect of population growth on the environment: evidence from European regions. European Journal of population, 35(2), pp.379-402.
  2. Wingate, V., 2015. Mapping decadal land cover changes in the woodlands of north eastern Namibia.
  3. Yanda, P.Z. and Munishi, P.K.T., 2007. Hydrologic and land use/cover change analysis for the Ruvu River (Uluguru) and Sigi River (East Usambara) watersheds. For WWF/CARE Dar es Salaam, Tanzania.
پژوهش آب در کشاورزی
دوره 39، شماره 3
آذر 1404
صفحه 261-277

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار