Monitoring and Evaluation of Land Use/Land Cover Changes in The Upper Sakarya Basin (2000-2020) Using The Collect Earth Method

Abstract

The key concept influenced by ecological processes is sustainability, and the relationships between this principle, climate, and land changes are considered to be the most important research topics. Therefore, monitoring vegetation changes and evaluating their outcomes are crucial for identifying and solving numerous human or nature-related problems. In this context, remote sensing (RS), which provides the best dataset at a universal scale, and geographic information systems (GIS) using analyt-ical methods to establish a spatial-temporal analysis framework, are prominent. In the integration of GIS and RS, it is important for data providers to ensure continuity to understand the relationship be-tween the past and the present, utilizing advantages such as data continuity, protection, and enhance-ment. This study utilized the Open Foris/Collect Earth (CE) software supported by Google and used by the Food and Agriculture Organization for monitoring land use/land cover (LULC) changes. The main objective of the CE method is to interpret high-resolution satellite imagery to monitor LULC changes, analyze/query the changes, and create a purpose-oriented database. The Upper Sakarya Ba-sin (USB) was chosen as the study area. The USB is an active point of the ecosystem encompassing agricultural, forest, pasture, and settlement land classes, forming an effective industrial, agricultural, and cultural landscape. By considering the year 2000 as the starting point for the USB, the 20-year change results were obtained, and LULC classes including forest, pasture, shrubland, agricultural, and wetland areas were detected and mapped for the period 2000-2020. As of 2020, approximately half (49%) of the basin is used for agriculture, followed by forest area at 23.7% and pasture area at 23.4%. Around 120,000 ha of afforestation areas were identified in the basin. When examining the land change and major land use class change between 2000 and 2020, forest areas increased by 34,591.95 ha, while 15,374.20 ha of land used for agriculture transformed into settlement areas. Land use transformations occurring in the basin affect the sustainability of its ecosystem. The CE method used in this study has proven to be an effective land monitoring/assessment tool for deter-mining land use/cover changes in large areas and obtaining quantitative data.

Keywords

• Land use&cover(LULC)
• Collect Earth
• remote sensing&GIS
• Upper Sakarya Basin

Collect Earth Yöntemi Kullanılarak Yukarı Sakarya Havzasının Arazi Kullanım/Örtü Değişimlerinin (2000-2020) İzlenmesi ve Değerlendirmesi

Abstract

Ekolojik süreçlerin etkilediği temel kavramın sürdürülebilirlik olması, beraberinde iklim ve arazi de-ğişiklikleri ile bu ilke arasındaki ilişkiler en önemli araştırma konuları şeklinde öngörülmektedir. Bu nedenle vejetasyon değişiminin izlenmesi ve sonuçlarının değerlendirilmesi insan ya da doğal kay-naklı birçok sorunun belirlenmesi ve çözülmesi için önem taşımaktadır. Bu bağlamda evrensel ölçek-te en iyi veri seti olan uzaktan algılama (UA) ve bu verilerin mekânsal-zamansal analiz çerçevesini oluşturan coğrafi bilgi sistemleri (CBS) öne çıkmaktadır. CBS ve UA entegrasyonunda, veri süreklili-ği, koruması ve iyileştirilmesi gibi avantajlar kullanılarak özellikle geçmişle günümüz arasındaki iliş-kiyi anlamak için veri sağlayıcılarının süreklilik oluşturmaları önemlidir. Bu çalışmada Google şirke-tinin destek verdiği ve Dünya Gıda ve Tarım Örgütü tarafından kullanılan arazi kullanım/arazi örtüsü (LULC) değişiminin izlenmesi amaçlı geliştirilen Open Foris/Collect Earth (CE) yazılımı kullanılmış-tır. CE yönteminin ana amacı yüksek çözünürlüklü uydu görüntülerinin yorumlanarak LULC değişik-liklerini izlemek, analiz/sorgulamak ve amaca yönelik veri tabanı oluşturmaktır. Çalışma alanı olarak Yukarı Sakarya Havzası (YSH) seçilmiştir. YSH tarım, orman, mera ve yerleşim arazi sınıflarını ba-rındıran etkin sanayi, tarım ve kültür peyzajın parçası olan ekosistemin etkin noktalarından biridir. Yukarı Sakarya Havzası için 2000 yılı başlangıç alındığında 20 yıllık değişim sonuçlarına ulaşılmış 2000-2020 yılları arasında LULC sınıfları; orman, mera, ağaç ve çalılık alanlar; tarım ve sulak alanlar arazi kullanım değişikleri tespit edilerek haritalanmıştır. Havzanın 2020 yılı itibariyle yaklaşık yarısı (%49) tarım alanı olarak kullanılmaktadır. Bu sınıfı %23,7 ile orman alanı, %23,4 ile mera alanı takip etmektedir. Havzada yaklaşık 120000 ha ağaçlandırma sahası tespit edilmiştir. 2000-2020 yılı arazi değişimi ve ana kullanım sınıfları değişimi incelendiğinde, orman alanları 34591,95 ha artmıştır. Ta-rım faaliyetinde kullanılan 15374,20 ha arazi yerleşim alanına dönüşmüştür. Havzada meydana gelen arazi kullanım dönüşümleri havzanın sürdürülebilir ekosistemini etkilemektedir. Çalışmada kullanı-lan CE yöntemi büyük alanlardaki arazi kullanım/örtü değişimlerinin belirlenmesi ve rakamsal verile-re ulaşılması noktasında etkin bir arazi izleme/değerlendirme aracı olduğunu kanıtlamıştır.

Keywords

• Arazi kulanım&örtüsü
• Collect Earth
• uzaktan algılama&CBS
• Yukarı Sakarya Havzası

References

1. Bey, A., Sanchez-Paus Diaz, A., Maniatis, D., Marchi, G., Mollicone, D., Ricci, S., Bastin, J.-F., Moo-re, R., Federici, S., Rezende, M., Patriarca, C., Turia, R., Gamoga, G., Abe, H., Kaidong, E. and Miceli, G. (2016). Collect earth: land use and land cover assessment through augmented visual in-terpretation. Remote Sensing. 8(10), 807.
2. Cowie, A. L., Orr, B. J., Castillo Sanchez, V. M., Chasek, P., Crossman, N. D., Erlewein, A. and Louwagie, G. (2018). Land in balance: The scientific conceptual framework for land degradation neutrality. Environmental Science & Policy, 79(January): 25–35.
3. ESA, (2017). Land cover CCI, Product User Guide, Version 2.0., Erişim tarihi: 13.04.2023. Erişim adresi: https://maps.elie.ucl.ac.be/CCI/viewer/download/ESACCI-LC-Ph2-PUGv2_2.0.pdf
4. Feizizadeh, B., Mohammadzade Alajujeh, K., Lakes, T., Blaschke, T. and Omarzadeh, D. (2021). A comparison of the integrated fuzzy object-based deep learning approach and three machine learn-ing techniques for land use/cover change monitoring and environmental impacts assessment. GIScience & Remote Sensing, 58(8), 1543-1570.
5. GEF, (2019) Contributing to Land Degradation Neutrality (LDN) Target Setting by Demonstrating the LDN Approach in the Upper Sakarya Basin for Scaling up at National Level, Ankara., Erişim tari-hi: 13.04.2023. Erişim adresi: https://www.thegef.org/projects-operations/projects/9586
6. IPBES, (2018). The assessment of land degradation and restoration. Summary for Policymakers Bonn, Germany 49 p. https://www.ipbes.net
7. Kamel, M. and Abu El Ella, E.S.M. (2016). Integration of Remote Sensing & GIS to Manage the Sus-tainable Development in the Nile Valley Desert Fringes of Assiut-Sohag Governorates, Upper Egypt. J Indian Soc Remote Sens, 44: 759–774, https://doi.org/10.1007/s12524-015-0529-2
8. Lubis, M.Z., Taki, H.M., Anurogo, W., Pamungkas, D.S., Wicaksono, P. and Aprilliyanti, T. (2017). Mapping the Distribution of Potential Land Drought in Batam Island Using the Integration of Re-mote Sensing and Geographic Information Systems (GIS) IOP Conf. Series: Earth and Environ-mental Science IOP Publishing 98 012012

9. Martínez, S. and Mollicone, D. (2012). From land cover to land use: A methodology to assess land use from remote sensing data. Remote Sensing, 4(4), 1024-1045.
10. Pandey, A. and Purohit, R. (2022). Impact of geological controls on change in groundwater potential of recharge zones due to watershed development activities, using integrated approach of RS and GIS. Journal of Scientific Research, 66(1), 53-62.
11. Schirpke, U., Tscholl, S. and Tasser, E. (2020). Spatio-temporal changes in ecosystem service values: Effects of land-use changes from past to future (1860–2100). Journal of Environmental Man-agement, 272, 111068.
12. Sims, N. C., England, J. R., Newnham, G. J., Alexander, S., Green, C., Minelli, S., Held, A. (2019). Developing good practice guidance for estimating land degradation in the context of the United Nations Sustainable Development Goals. Environmental Science & Policy, 92(February): 349–355.
13. SYGM, (2021) Sakarya havzası nehir havza yönetim planı hazırlanması projesi, stretejik çevresel değerlendirme kapsam belirleme raporu. T.C. Tarım ve Orman Bakanlığı, Su Yönetimi Genel Müdürlüğü, Ankara, 233 s.
14. Tariq, A., Shu, H., Siddiqui, S., Imran, M. and Farhan, M. (2021). Monitoring land use and land cover changes using geospatial techniques, a case study of Fateh Jang, Attock, Pakistan. Geography, En-vironment, Sustainability, 14(1), 41-52.
15. Wang, R. and Gamon, J. A. (2019). Remote sensing of terrestrial plant biodiversity. Remote Sensing of Environment, 231, 111218.
16. Y. and Kalina, I. (2021). Sustainable natural resource management to ensure strategic environmental development. TEM Journal, 10(3), 1022.
17. Zeng, Y., Hao, D., Huete, A., Dechant, B., Berry, J., Chen, J. M., Joiner, J., Frankenberg, C., Bond-Lamberty, B., Ryu, Y., Xiao, J., Asrar, G. and Chen, M. (2022). Optical vegetation indices for monitoring terrestrial ecosystems globally. Nature Reviews Earth & Environment, 3(7), 477-493.