دانشگاه ایلام مدیریت جامع حوزه های آبخیز 2783-4581 6 1 2026 05 22 Investigation of Land Use Changes in the Salehiyeh Wetland Basin Using Landsat Satellite Data بررسی تغییرات کاربری اراضی حوضه تالاب صالحیه با استفاده از داده‌های ماهواره لندست 61 84 726325 10.22034/iwm.2025.2058563.1222 FA مهدیه شاکر گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران هادی اسکندری دامنه مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران حسن خسروی گروه احیاء مناطق خشک و کوهستانی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، ایران Journal Article 2025 04 29 Extended Abstract Introduction: Wetlands are among the most ecologically significant yet vulnerable ecosystems, playing a pivotal role in biodiversity conservation, water regulation, and climate stabilization. However, these ecosystems are increasingly threatened by both anthropogenic pressures and climate change, leading to widespread degradation. According to global assessments, more than 50% of wetlands have been lost since the early 20th century. This alarming trend underscores the urgent need for effective monitoring and management strategies, particularly in semi-arid regions where wetlands are critical for maintaining environmental balance. The Salehiyeh Wetland, located in Alborz Province, Iran, has experienced substantial environmental changes over recent decades, largely attributed to human interventions such as the construction of drainage systems. This study aims to investigate land use/land cover (LULC) changes in the Salehiyeh Wetland between 1988 and 2021 (1367–1400 in the Iranian calendar) by employing satellite remote sensing data, Normalized Difference Water Index (NDWI) and the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) indices, and the Random Forest (RF) machine learning algorithm. Materials and Methods: This research utilized Landsat 5 TM and Landsat 8 OLI/TIRS imagery to analyze temporal variations in land cover within the wetland and its surrounding areas. The satellite data underwent standard preprocessing, including geometric and radiometric corrections, to ensure optimal data quality. To quantify water bodies and vegetation cover, the NDWI and NDVI were computed. These indices were employed to distinguish between water surfaces and vegetation, providing critical insights into the wetland’s hydrological and ecological dynamics. For land cover classification, the RF algorithm was applied, a robust and widely-used machine learning technique known for its high classification accuracy and ability to handle large, multidimensional datasets. The classification results were evaluated using traditional accuracy assessment metrics, including Overall Accuracy (OA) and Kappa Coefficient (Kappa), which are standard indicators for the reliability of remote sensing-based classifications. Results and Discussion: The analysis of NDWI revealed that the highest water extent in the study area occurred in 1988, with a peak NDWI value of 0.64, indicating a substantial water coverage. However, over the 42-year period, a marked decline in aquatic areas was observed. Specifically, the extent of water bodies decreased from 2.64% of the total land area in 1988 to 0.05% in 2021, signifying a dramatic reduction in wetland habitats. In terms of land cover dynamics, rangelands predominated the landscape in 1988, 1998, and 2008, occupying over 49% of the study area. However, this trend reversed significantly by 2021, as large portions of rangeland were converted into agricultural lands. By 2021, agricultural areas expanded to cover 2,817.84 km², accounting for over 45% of the total area, marking a clear transition towards more intensive land use. Urbanization and the expansion of built-up areas also showed a significant upward trend. From 1988 to 2021, urban and residential areas increased from 46.25 km² to 770.21 km², reflecting growing human encroachment on natural ecosystems. This expansion further exacerbates the pressures on the wetland, as urban sprawl often leads to the drainage of surrounding water bodies. The performance of the RF classifier was exemplary, with overall classification accuracy exceeding 93%, and the Kappa coefficient exceeding 0.90, confirming the high reliability of the model for accurately detecting long-term LULC changes in the region. Conclusion: This study provides compelling evidence of the profound environmental transformations occurring in the Salehiyeh Wetland over the past four decades. The construction of drainage systems, agricultural intensification, and urban sprawl have all contributed to the drastic reduction of natural water bodies and rangelands. The integration of satellite remote sensing data with advanced machine learning techniques, such as the RF algorithm, offers a highly effective framework for monitoring LULC changes over time. The high accuracy of the results highlights the potential of these methodologies for large-scale environmental monitoring and decision-making. Given the ecological importance of wetlands, it is imperative that policymakers adopt comprehensive conservation and restoration strategies to mitigate further degradation. A balanced approach that integrates urban development, agricultural needs, and ecological preservation is crucial for ensuring the long-term sustainability of wetland ecosystems. Continuous remote sensing monitoring should be prioritized to support evidence-based decision-making and adaptive management in the face of ongoing environmental challenges. چکیده مبسوط مقدمه: تالاب‌ها از نظر بوم‌شناختی جزو بااهمیت‌ترین و درعین‌حال آسیب‌پذیرترین اکوسیستم‌ها به شمار می‌روند. این اکوسیستم‌ها نقش اساسی در حفاظت از تنوع زیستی، تنظیم منابع آبی و تثبیت اقلیم ایفا می‌کنند. با این حال، این منابع طبیعی به‌طور فزاینده‌ای در معرض تهدید ناشی از فشارهای انسانی و تغییرات اقلیمی قرار دارند و همین امر منجر به تخریب گسترده آن‌ها شده است. بر اساس ارزیابی‌های جهانی، بیش از ۵۰ درصد تالاب‌های جهان از اوایل قرن بیستم تاکنون از بین رفته‌اند. این روند نگران‌کننده، ضرورت توسعه راهبردهای مؤثر برای پایش و مدیریت تالاب‌ها را – به‌ویژه در مناطق نیمه‌خشک که تالاب‌ها نقشی حیاتی در حفظ تعادل زیست‌محیطی دارند – دوچندان می‌کند. تالاب صالحیه واقع در استان البرز ایران طی دهه‌های اخیر دچار تغییرات زیست‌محیطی گسترده‌ای شده است که بخش عمده‌ای از آن به مداخلات انسانی از جمله احداث زهکش‌ها نسبت داده می‌شود. هدف این مطالعه بررسی تغییرات کاربری و پوشش اراضی (LULC) در تالاب صالحیه طی بازه زمانی ۱۳۶۷ تا ۱۴۰۰ شمسی (معادل ۱۹۸۸ تا ۲۰۲۱ میلادی) با استفاده از داده‌های سنجش‌ازدور ماهواره‌ای، شاخص‌های NDWI و NDVI و الگوریتم یادگیری ماشین جنگل تصادفی (Random Forest) است. مواد و روش‌ها: در این پژوهش از تصاویر ماهواره‌ای لندست ۵ (TM) و لندست ۸ (OLI/TIRS) برای تحلیل تغییرات زمانی در پوشش اراضی تالاب و نواحی پیرامونی آن استفاده شد. داده‌های ماهواره‌ای پس از دریافت، تحت پردازش‌های اولیه شامل تصحیح هندسی و رادیومتریک قرار گرفتند تا کیفیت اطلاعات بهینه شود. به‌منظور استخراج اطلاعات درباره پهنه‌های آبی و پوشش گیاهی، شاخص نرمال‌شده تفاوت آب (NDWI) و شاخص نرمال‌شده تفاوت پوشش گیاهی (NDVI) محاسبه شد. این شاخص‌ها در تفکیک مؤثر بین آب، پوشش گیاهی و سایر کاربری‌ها بسیار مفید بودند و درک بهتری از پویایی‌های هیدرولوژیکی و بوم‌شناختی منطقه فراهم کردند. طبقه‌بندی کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم جنگل تصادفی انجام شد؛ این الگوریتم یادگیری ماشین با دقت طبقه‌بندی بالا و توانایی پردازش داده‌های بزرگ و چندبعدی، یکی از روش‌های پرکاربرد در سنجش‌ازدور محسوب می‌شود. برای ارزیابی عملکرد طبقه‌بندی، از شاخص‌های رایج دقت کلی (Overall Accuracy) و ضریب کاپا (Kappa Coefficient) استفاده شد که معیارهای استاندارد سنجش دقت طبقه‌بندی در مطالعات سنجش‌ازدور هستند. نتایج و بحث: نتایج حاصل از تحلیل شاخص NDWI نشان داد که در سال 1367 بیشترین میزان این شاخص (حداکثر 64/0) و وسیع‌ترین سطح پوشش آبی در منطقه وجود داشته است. با گذر زمان و به‌ویژه پس از احداث زهکش، مساحت پهنه‌های آبی ازجمله تالاب صالحیه با روندی کاهشی مواجه شد. بر این اساس، سهم اراضی آبی از کل منطقه از 64/2 درصد در سال 1367 به 05/0 درصد در سال 1400 کاهش یافته است. در خصوص کاربری اراضی، بررسی‌ها نشان داد که در سال‌های 1367، 1377 و 1387، بیشترین مساحت به اراضی مرتعی اختصاص داشته که بیش از 49 درصد از کل منطقه را در بر می‌گرفت. اما در سال‌های 1397 و 1400 این روند معکوس شده و اراضی کشاورزی جایگزین مراتع شده‌اند؛ به‌گونه‌ای که در سال 1400، مساحت اراضی کشاورزی به حدود 84/2817 کیلومترمربع معادل بیش از 45 درصد از کل منطقه رسیده است. رشد نواحی مسکونی نیز یکی دیگر از روندهای بارز مشاهده شده بود. این اراضی از 25/46 کیلومترمربع در سال 1367 به 21/770 کیلومترمربع در سال 1400 افزایش یافتند. این موضوع حاکی از فشار فزاینده انسانی و توسعه‌طلبی شهری بر منابع طبیعی منطقه است. همچنین دقت کلی نقشه‌های طبقه‌بندی‌شده بالای 93 درصد و ضریب کاپا بیش از 90/0 بود که نشان‌دهنده دقت و کارایی بالای الگوریتم جنگل تصادفی در تحلیل تغییرات کاربری اراضی است. نتیجه‌گیری: این مطالعه شواهد روشنی از تغییرات گسترده زیست‌محیطی در تالاب صالحیه طی چهار دهه گذشته ارائه می‌دهد. احداث زهکش‌ها، تشدید فعالیت‌های کشاورزی و گسترش شهری از عوامل اصلی کاهش چشمگیر منابع آبی طبیعی و مراتع به شمار می‌روند. ادغام داده‌های سنجش‌ازدور ماهواره‌ای با تکنیک‌های پیشرفته یادگیری ماشین نظیر الگوریتم جنگل تصادفی، چارچوبی کارآمد برای پایش تغییرات کاربری و پوشش اراضی در طول زمان فراهم می‌کند. با توجه به اهمیت تالاب‌ها، لازم است سیاست‌گذاران راهبردهای جامع حفاظتی و احیایی را به‌منظور جلوگیری از تخریب بیشتر اتخاذ کنند. دستیابی به توسعه پایدار در گرو رویکردی متوازن میان توسعه شهری، نیازهای کشاورزی و حفظ منابع طبیعی است. همچنین، پایش مستمر با استفاده از داده‌های سنجش‌ازدور باید به‌عنوان اولویت در برنامه‌های مدیریتی لحاظ شود تا امکان تصمیم‌گیری مبتنی بر شواهد و مدیریت تطبیقی در برابر چالش‌های زیست‌محیطی فراهم شود.

https://iwm.ilam.ac.ir/article_726325_23d9b41c5ac2b0660d485a860aa5f7f6.pdf