ارزیابی اثرات توسعه شهری بر ظرفیت برد اکولوژیکی شهر اصفهان بر اساس رویکرد پویایی سیستم | ||
| فصلنامه علوم محیطی | ||
| دوره 21، شماره 3، 1402، صفحه 131-148 اصل مقاله (613.96 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.48308/envs.2023.1269 | ||
| نویسندگان | ||
| زهرا دهقان منشادی؛ پرستو پریور* | ||
| گروه محیط زیست، دانشکده منابع طبیعی و کویرشناسی، دانشگاه یزد ، یزد، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: مدیریت سیستمهای اجتماعی و بومشناختی مانند شهرها، به دلیل وابستگی زیرسیستمها به یکدیگر، روابط علت و معلولی بین آنها و همچنین تأثیرات بر پایداری، بسیار پیچیده است. اهمیت ظرفیت و توان بومشناختی در شهرها برای حفظ قابلیت آنها در ارائه کالاها و خدمات هم برای نسل کنونی و هم برای نسلهای آینده اهمیت دارد. درک چگونگی پاسخ بوم سازگان های خشک در برابر اختلالات با توجه به وسعتی که تحت اشغال خود دارند و شکنندگی آنها، چه ازنظر ساختاری و چه ازنظر عملکردی، برای مدیریت پایدار این مناطق از اهمیت بالایی برخوردار است. هدف پژوهش حاضرارزیابی اثرات توسعه شهری بر ظرفیت برد شهر اصفهان است. در این راستا، استفاده از مدلهای شبیهسازی میتواند ابزار مؤثری در ارائه تصمیمات علمی در برخورد با سیستمهای اجتماعی و بومشناختی پیچیده و ناشناخته باشد. مواد و روش ها: در این پژوهش از مدلسازی پویایی سیستم و تحلیل ساختار سیمای سرزمین برای تعیین روابط علت و معلولی بین متغیرهای اثرگذار و اثرپذیر بر ظرفیت برد شهر اصفهان استفاده شده است. بهمنظور بررسی ساختار سیمای سرزمین، متریکهای DIVISION، SPLIT و IJI برای نشان دادن پیوستگی و متریکهای ED، SHDI و AI برای مشخص کردن وضعیت ناهمگنی سیمای سرزمین شهر اصفهان بهکاربرده شده اند. در اولین گام از فرایند مدلسازی بعد از طرح مسئله، تعریف مرز مدل با ترسیم نمودار زیرسیستم ها انجام شد. زیرسیستم های جمعیت، محیط زیست، سیمای سرزمین و ظرفیت برد در نظر گرفته شد. در گام بعد، نمودار علت و معلولی بهگونهای رسم شد که بیانگر ساختار بازخوردی سیستم باشد. سپس با ایجاد نمودار جریان و سناریوسازی، وضعیت ظرفیت برد شهر اصفهان ارزیابی شد. بهمنظور اعتبارسنجی مدل نیز روند تاریخی و شبیهسازی دو متغیر جمعیت شهری و تعداد صنایع با استفاده از ضریب تبیین مقایسه شده است. نتایج و بحث: در این پژوهش متغیرهای کلیدی در سیستم مانند نسبت تولید به مصرف آب که نشاندهنده پایداری منابع آب است و کیفیت هوا تجزیه و تحلیل شد. با تحلیل تغییرات ساختار سیمای سرزمین، بهوسیله متریک های سیمای سرزمین، عوامل فشار روی ظرفیت برد شهر اصفهان، شناسایی و سپس بر اساس مدل توسعه داده شده، ارزیابی شد. یافته های پژوهش نشان داد، حدود 90 درصد مصرف آب در این شهر مربوط به مصرف خانگی است، بنابراین سناریوی اول مربوط به کنترل مصرف آب در این بخش و تأثیر آن بر شاخص نسبت تولید به مصرف آب میباشد. این سناریو نشان داد، چنانچه مصرف آب در بخش خانگی کنترل نشود مقدار این شاخص تا سال 2040 به نزدیک 7/0 خواهد رسید که نشاندهنده افزایش آسیبپذیری منابع آب در این منطقه است. سناریوی دوم مربوط به کنترل روند افزایش ساخت و سازها و تعداد صنایع در شهر است که تأثیر آن بر ظرفیت برد نشان داده شده است. نتیجهگیری: نتایج پژوهش حاضر، بر اساس دو سناریوی بسط دادهشده، نشان داد که ظرفیت برد شهر اصفهان بهشدت تحت تأثیر مصرف آب، تغییرات ساختار سیمای سرزمین شهری و رشد صنایع است. بهطوریکه با کنترل و مدیریت مصرف آب در بخش خانگی، ایجاد محدودیت در رشد صنایع، جلوگیری از تخریب باغات، گسترش فضاهای سبز و باز شهری و پیشگیری از رشد سطوح نفوذناپذیر شهری، ظرفیت برد شهر اصفهان شرایط بهتری پیدا خواهد کرد. | ||
| کلیدواژهها | ||
| ظرفیت برد؛ اندازه شهر؛ تفکر سیستمی؛ ساختار و عملکرد سیمای سرزمین؛ اکوسیستمهای خشک | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Evaluating the effects of urban development on the ecological carrying capacity of Isfahan city based on the system dynamics approach | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Zahra Dehghan Manshadi؛ Parastoo Parivar | ||
| Department of Environmental Sciences , Faculty of Natural Resources and Desert Studies, Yazd University, Yazd, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Introduction: The management of social-ecological systems such as cities is extremely complicated due to the interdependence of subsystems, the cause-and-effect relationships that exist between them, and the impacts on sustainability. The necessity of ecological capacity and the ability of cities to sustain their potential to provide goods and services to both current and future generations cannot be overstated. Understanding how arid ecosystems adapt to disturbances is critical for the sustainable management of such areas, given the global extent of this type of ecosystem and its fragility, both structurally and functionally. The purpose of this study is to assess the impacts of urban growth on the carrying capacity of Isfahan, which is located on Iran's central plateau. In this regard, simulation models can be an effective tool in providing scientific decisions in dealing with complex and unknown social and ecological systems. Material and methods: In this study, system dynamics modeling was used to determine the cause-and-effect relationships between variables affecting Isfahan's carrying capacity. In order to examine the landscape structure, DIVISION, SPLIT, and IJI metrics have been used to show connectivity, and ED, SHDI, and AI metrics have been used to determine the heterogeneity of the landscape of Isfahan City. After problem articulation, the model boundary was defined in the initial step of the modeling process by developing the subsystem diagram. After the population, environment, landscape, and carrying capacity subsystems were evaluated, a cause-and-effect diagram was made. The flow diagram and scenario were also made to evaluate the state of Isfahan's carrying capacity. In order to validate the model, the historical trend and simulation of two variables of urban population and the number of industries have been compared using the coefficient of determination. Results and discussion: The pressure factors on the urban carrying capacity were detected and analyzed by assessing key variables in the system, such as water sustainability (WSI) and air quality, as well as changes in the landscape structure of Isfahan using landscape metrics. The research findings indicate that approximately 90% of the urban water demand is dedicated to the domestic sector; therefore, the first scenario is related to the management of water consumption in this sector and its influence on the Water Supply–Demand Index. This scenario showed that if domestic water demand is not controlled, the result of this index will reach nearly 0.7 by 2040, indicating greater vulnerability to the region's water resources. The second scenario is related to the city's increasing trend of construction and the number of industries, the impact of which has been shown on the carrying capacity. Conclusion: The current study's findings, based on two enlarged scenarios, demonstrated that water demand, changes in the structure of the urban landscape, and the growth of industries all have a major impact on Isfahan's carrying capacity. Therefore, by controlling and managing water consumption in the domestic sector, limiting industrial growth, preventing the destruction of gardens, enhancing urban green and open areas, and limiting the increase of impervious urban surfaces, Isfahan's carrying capacity will improve. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Carrying capacity, Urban size, System thinking, Landscape structure and function, Arid ecosystems | ||
| مراجع | ||
|
Amiri, K., Seyed kaboli, H. and Mahmoodi-kohan, F., 2021. Study and monitoring of wetland area changes and its impact on wetland surface temperature using NDWI, MNDWI, and AWEI indices (case study: Hor-alazim and Shadegan wetlands). Irrigation Sciences and Engineering. 44, 59-74. Chiesura, A., 2004. The role of urban parks for the sustainable city. Landscape and Urban Planning. 68, 129-138. Coyle, R.G., 1997. System dynamics modelling: a practical approach. Journal of the Operational Research Society. 48, 544-544. Dehghan Manshadi, Z., Parivar, P., Sotoudeh, A. and Morovati Sharifabadi, A., 2023. Exploring the spatio-temporal dynamics of life support system capacity of urban regions based on ecosystem health assessment (the case of Tehran, Iran). Environment, Development and Sustainability. doi:https://doi.org/10.1007/s10668-023-03148-6 Francis, A. and Thomas, A., 2022. A framework for dynamic life cycle sustainability assessment and policy analysis of built environment through a system dynamics approach. Sustainable cities and society. 76, 103521. Habibi, K., Hoseini, S. M., Dehshti, M., Khanian, M. and Mosavi, A., 2020. The impact of natural elements on environmental comfort in the Iranian-Islamic historical city of Isfahan. International journal of environmental research and public health. 17, 5776. Isfahan Department of Environment., 2021. Air quality in Isfahan. Available online at: http://isfahan-doe.ir/. Isfahan Municipality., 2020. Isfahan City Statistical Report, . Available online at: https://plan.isfahan.ir/fa/statistics-contents. Isfahan Provincial Government., 2013. Comparative comparison of the results of Population and Housing Censuses in 2006 and 2011. Available online at: http://lib.ui.ac.ir/dL/search/default.aspx?Term=123422&Field=0&DTC=1. Javadi, F., Rezayan, S. and Jozi, S. A., 2020. Evaluating Satellite Indicators in Determining the Level of Aquatic Areas Using Satellite Sensors (Case Study: Zaribar Wetland, Kurdistan Province). Iranian journal of Ecohydrology. 7, 539-550. Li, G., Kou, C., Wang, Y. and Yang, H., 2020. System dynamics modelling for improving urban resilience in Beijing, China. Resources, conservation and recycling. 161, 104954. Madani, K. and Mariño, M. A., 2009. System dynamics analysis for managing Iran’s Zayandeh-Rud river basin. Water Resources Management. 23, 2163-2187. Madlener, R. and Sunak, Y., 2011. Impacts of urbanization on urban structures and energy demand: What can we learn for urban energy planning and urbanization management? Sustainable cities and society. 1, 45-53. Mao, X., Huang, X., Song, Y., Zhu, Y. and Tan, Q., 2020. Response to urban land scarcity in growing megacities: Urban containment or inter-city connection? Cities. 96, 102399. Niliyeh Brojeni, M. and Ahmadi Nadoushan, M., 2019. The relationship between urban vegetation and land surface temperature in Isfahan city using Landsat TM and OLI satellite images and LST index. Environmental Sciences. 17, 163-178. Nooraie, H. and Shafi, F., 2020. Investigating the Relationship between Socio-Economic Poverty and Physical-Functional Deprivation in Isfahan. Geography and Environmental Planning. 31, 61-78. Parivar, P., Quanrud, D., Sotoudeh, A. and Abolhasani, M., 2020. Evaluation of urban ecological sustainability in arid lands (case study: Yazd-Iran). Environment, Development and Sustainability, 1-30. Porras, G. L., Stringer, L. C. and Quinn, C. H., 2020. Building dryland resilience: Three principles to support adaptive water governance. Ecological economics. 177, 106770. Ravar, Z., Zahraie, B., Sharifinejad, A., Gozini, H. and Jafari, S., 2020. System dynamics modeling for assessment of water–food–energy resources security and nexus in Gavkhuni basin in Iran. Ecological Indicators. 108, 105682. Ribeiro, P. J. G. and Gonçalves, L.A.P.J., 2019. Urban resilience: A conceptual framework. Sustainable cities and society. 50, 101625. Sarhadi, A. and Soltani, S., 2013. Determination of water requirements of the Gavkhuni wetland, Iran: A hydrological approach. Journal of arid environments. 98, 27-40. Seidl, I. and Tisdell, C. A., 1999. Carrying capacity reconsidered: from Malthus’ population theory to cultural carrying capacity. Ecological economics. 31, 395-408. Shamsaie, S., Ahmadi Nadoushan, M. and Jalalian, A., 2022. Spatiotemporal modeling of CO pollutant in city of Isfahan using MODIS imagery and ANFIS and RF algorithms. Environmental Sciences. 20, 1-16. Statistical center., 2016. Available online at: https://www.amar.org.ir/. Sterman, J. D., 2000. Business Dynamics: Systems Thinking and Modeling for a Complex World. McGraw-Hill Sterman, J. D., 2011. Communicating climate change risks in a skeptical world. Climatic Change. 108, 811-826. United Nations, 2019. World Urbanization Prospects: The 2018 Revision. Available online at: https://population.un.org/wup/publications/Files/WUP2018-Report.pdf. Wei, F., Wang, S., Brandt, M., Fu, B., Meadows, M. E., Wang, L., Wang, L., Tong, X. and Fensholt, R., 2021. Responses and feedbacks of African dryland ecosystems to environmental changes. Current Opinion in Environmental Sustainability. 48, 29-35. World Bank, 2021. Urban population (% of total population). Available online at: https://data.worldbank.org/indicator/SP.URB.TOTL.IN.ZS. Wu, G., Li, L., Ahmad, S., Chen, X. and Pan, X., 2013. A dynamic model for vulnerability assessment of regional water resources in arid areas: a case study of Bayingolin, China. Water Resources Management. 27, 3085-3101. Xu, J., Kang, J., Shao, L. and Zhao, T., 2015. System dynamic modelling of industrial growth and landscape ecology in China. Journal of environmental management. 161, 92-105. Yang, Y., Song, G. and Lu, S., 2020. Assessment of land ecosystem health with Monte Carlo simulation: A case study in Qiqihaer, China. Journal of Cleaner Production. 250, 119522. Yushanjiang, A., Zhang, F. and Leong Tan, M., 2021. Spatial-temporal characteristics of ecosystem health in Central Asia. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 105, 102635. Zhang, F., Liu, X., Zhang, J., Wu, R., Ma, Q. and Chen, Y., 2017. Ecological vulnerability assessment based on multi-sources data and SD model in Yinma River Basin, China. Ecological Modelling. 349, 41-50. Zhang, X. and Li, H., 2018. Urban resilience and urban sustainability: What we know and what do not know? Cities. 72, 141-148. Zou, L., Wang, J. and Bai, M., 2022. Assessing spatial–temporal heterogeneity of China’s landscape fragmentation in 1980–2020. Ecological Indicators. 136, 108654. Zuniga-Teran, A. A., Mussetta, P. C., Ley, A. N. L., Díaz-Caravantes, R. E. and Gerlak, A. K., 2021. Analyzing water policy impacts on vulnerability: Cases across the rural-urban continuum in the arid Americas. Environmental Development. 38, 100552. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 13,627 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 4,530 |
||