Ανίχνευση συσχετίσεων ανάμεσα στις χρήσεις γης και τη ποιότητα του νερού σε αστικές περιοχές.
Από RemoteSensing Wiki
Ανίχνευση συσχετίσεων ανάμεσα στις χρήσεις γης και τη ποιότητα του νερού σε αστικές περιοχές από την οπτική γωνία της οικολογικής αποκατάστασης.
Πρωτότυπος τίτλος: Detecting land use-water quality relationships from the viewpoint of ecological restoration in an urban area.
Συγγραφείς: Deyong Yu, Peijun Shi, Yupeng Liu, Bin Xun.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925857412004004
1. Εισαγωγή
Στη σύγχρονη εποχή, τα οικοσυστήματα απειλούνται από τις ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως την εντατικοποίηση των καλλιεργειών, την αποψίλωση των δασών κτλ. Τις πιο βίαιες αλλαγές και επιδράσεις ωστόσο, τις επιφέρει η αστικοποίηση, καθώς δημιουργεί αδιαπέραστες επιφάνειες και ρύπανση, ενώ αλλάζει δραματικά τις χρήσεις γης. Ως συνέπεια αυτού επομένως, η μελέτη των συσχετίσεων ανάμεσα στις χρήσεις γης μιας περιοχής και τη ποιότητα του νερού είναι υψίστης σημασίας καθώς μπορεί να βοηθήσει όχι μόνο στην περιβαλλοντική διαχείριση όσο και στην βιώσιμη ανάπτυξη των πόλεων. Περιοχή μελέτης για τη παρούσα εργασία ήταν η πόλη Shenzhen η οποία βρίσκεται στο κέντρο της πολιτείας Guangdong της Κίνας.
2. Μεθοδολογία
- 2.1. Δεδομένα
Τα δεδομένα που συλλέχθησαν προέρχονται από διάφορες πηγές. Αρχικά, πρόκειται για ένα χάρτη χρήσεων γης ο οποίος προέκυψε από προηγούμενη εργασία με χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και ο οποίος κατατάσσει τις χρήσεις στις εξής κατηγορίες: 1. αστικός ιστός, 2. γεωργική έκταση, 3. δάσος, 4. οπωρώνες και 5. υδάτινα σώματα. Επιπροσθέτως, έγινε η συγκέντρωση των μετρητικών του τοπίου (landscape metrics), τα οποία αποτελούν ένα χρήσιμο εργαλείο εκτίμησης των χαρακτηριστικών και των μοτίβων των χρήσεων γης. Παραδείγματα αποτελούν στοιχεία αναφορικά με τη συνολική έκταση της περιοχής, το μέγεθος και τη πυκνότητα των τεμαχίων, το σχήμα, δείκτες σχήματος κτλ.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα ποιότητας νερού τα οποία συγκεντρώθηκαν από 48 περιοχές δειγματοληψίας. Οι παράμετροι της ποιότητας νερού που χρησιμοποιήθηκαν ήταν δέκα και περιλαμβάνουν τη θερμοκρασία του νερού (Temp), το pH, το διαλυμένο οξυγόνο (DO), το υπερμαγγανικό κάλιο (PP), το βιοχημικά απαιτούμενο οξυγόνο (BOD), το νιτρικό αμμώνιο (ΑΝ) κτλ. Παράλληλα, ορίστηκε ο “ολοκληρωμένος δείκτης ρύπανσης” (Comprehensive Pollution Index), ο οποίος λαμβάνει υπόψιν του τις δέκα παραμέτρους και τις περιοχές δειγματοληψίας. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του δείκτη αυτού, τόσο χειρότερη η ποιότητα του επιφανειακού ύδατος. Τέλος, χρησιμοποιήθηκαν προηγούμενες μελέτες της πρωτογενούς παραγωγικότητα των οικοσυστημάτων της περιοχής τα οποία είχαν επίσης προκύψει με μεθόδους τηλεπισκόπησης (δείκτης NDVI σε εικόνες MODIS) και μετεωρολογικά δεδομένα.
- 2.2. Επεξεργασία
Τα παραπάνω δεδομένα εισήχθησαν σε στατιστικά μοντέλα προκειμένου να προκύψουν οι συσχετίσεις ανάμεσα στις μεταβλητές. Συγκεκριμένα, οι παράμετροι της ποιότητας των υδάτων αποτέλεσαν τις εξαρτημένες μεταβλητές ενώ οι δείκτες των χρήσεων γης λειτούργησαν σαν τις ανεξάρτητες. Οι μέθοδοι που εφαρμόστηκαν ήταν η απλή μέθοδος των ελαχίστων τετραγώνων (ordinary least squares-OLS) και τα μοντέλα γεωγραφικά σταθμισμένης παλινδρόμησης (geographically weighted regression models-GWR).
3. Αποτελέσματα
Από την επεξεργασία των δεδομένων προέκυψαν κάποια βασικά συμπεράσματα. Καταρχάς, ο CPI αποτελεί έναν ικανοποιητικό δείκτη ποιότητας των υδάτων που μπορεί να παρουσιάσει συσχετίσεις με τις χρήσεις γης. Παράλληλα, οι συσχετίσεις που προέκυψαν από τα μοντέλα GWR είναι ισχυρότερες από αυτές που προέκυψαν από τα μοντέλα OLS. Συγκεκριμένα, από τα 110 μοντέλα GWR και OLS αντίστοιχα, τα 65 μοντέλα GWR προσαρμόζονται καλύτερα στα δεδομένα σε σχέση με τα αντίστοιχα OLS. Επιπροσθέτως, προέκυψε πως, ενώ οι μεμονωμένοι δείκτες ικανοποιούν τις διακυμάνσεις στις τιμές ποιότητας των υδάτων μόνο κατά 50% το μέγιστο, το γενικότερο πλαίσιο, η διαμόρφωση και τα χαρακτηριστικά των χρήσεων γης είναι πολύ σημαντικά για την ανάλυση της ποιότητας των υδάτων. Επιπλέον, τα μετρητικά του τοπίου έχουν δυνατότητες στο τομέα της πρόβλεψης της ποιότητας των υδάτων. Ανάλογα ωστόσο με τη περιοχή η οποία βρίσκεται κάθε φορά υπό μελέτη οι παράμετροι οι οποίες ικανοποιούν με μεγαλύτερη αξιοπιστία τα μοντέλα διαφοροποιούνται. Για παράδειγμα, στη περίπτωση του αστικού ιστού η σύνθεση και η διαμόρφωση των πόλεων είναι καλύτερες ενδείξεις της κατάστασης που επικρατεί ως προς τους ρύπους σε σχέση με μέγεθός τους. Όσον αφορά τις καλλιεργημένες εκτάσεις η πρωτογενής παραγωγικότητα δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα για την εκτίμηση του CPI, κάτι που καταδεικνύει ότι η χρήση λιπασμάτων επηρεάζει τη ρύπανση των υδάτων. Τέλος, οι παράμετροι που συσχετίζονταν περισσότερο με το CPI στα μοντέλα για τους οπωρώνες, ήταν το ποσοστό των αγροτεμαχίων, ο δείκτης του μεγαλύτερου αγροτεμαχίου και η πρωτογενής παραγωγικότητα, ενώ για τα μοντέλα των δασών όλες οι παράμετροι έδωσαν ικανοποιητικά αποτελέσματα.
4. Συμπεράσματα
Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η σύνθεση και η διαμόρφωση των χρήσεων γης μπορούν να συνδράμουν στη προσπάθεια πρόβλεψης της ποιότητας των υδάτων. Παράλληλα, τα δάση και δυνητικά οι οπωρώνες μπορούν να παίξουν ρόλο στη προσπάθεια βελτίωσης της ποιότητας αυτής, εν αντιθέσει με τις κατοικημένες περιοχές και τις καλλιέργειες που αποτελούν πηγές ρύπανσης. Το σημαντικότερο ωστόσο εύρημα της εργασίας αποτελεί το συμπέρασμα πως καλύτερη προσέγγιση για την αποκατάσταση της ποιότητας των υδάτων αποτελεί η βελτίωση της παραγωγικότητας της φυσικής βλάστησης και όχι η αναδιοργάνωση στις χρήσεις γης.
