Διάβρωση εδάφους και μοντελοποίηση με χρήση GIS και τηλεπισκόπησης. Η περίπτωση του βουνού Γκάνος
Από RemoteSensing Wiki
Εισαγωγή-Αντικείμενο εφαρμογής
Κάθε μέρα ακόμα περισσότερη γη χρησιμοποιείται για γεωργικούς σκοπούς. Οι καλλιέργειες χωρίς τη χρήση συγκεκριμένων τεχνικών ελέγχων, η απρογραμμάτιστη χρήση της γης, για την ίδρυση βιομηχανικών εγκαταστάσεων ή την κατασκευή εξοχικών κατοικιών πάνω στη γη που προορίζεται για γεωργία, η ανεξέλεγκτη αστική ανάπτυξη και επίσης η καταστροφή των δασών είναι θεμελιώδεις παράγοντες της διάβρωσης του εδάφους. Ως εκ τούτου η χαρτογράφηση της επικινδυνότητας των περιοχών που απειλούνται από διάβρωση είναι σημαντικό ζήτημα προς έρευνα.
Στόχος Εργασίας
Η εργασία αυτή επικεντρώνεται στο μέγεθος του ποσού της απώλειας εδάφους, λόγω της διάβρωσης στην περιοχή γύρω και πάνω από το βουνό Γκάνος στη Θρακική χερσόνησο στην περιοχής της Τουρκίας.
Περιγραφή
Κατά το πρώτο στάδιο αυτής της μελέτης λήφθηκαν όλα τα δυνατά δεδομένα για τη μοντελοποίηση της διάβρωση του εδάφους στο βουνό Γκάνος. Αυτά τα στοιχεία είναι το υψόμετρο της περιοχής μελέτης, οι τιμές ph, η σύσταση της επιφάνειας, η σκληρότητα και η δυνατότητα απορροής του εδάφους, η ετήσια βροχόπτωση, το βάθος του εδάφους, οι κατηγορίες χρήσης γης και των καλλιεργειών. Εάν αρκετά αναγκαία στοιχεία μπορούν να συλλεχθούν, μπορεί να φτιαχτεί ένα έξυπνο μοντέλο για την απώλεια του εδάφους ανά έτος. Τα αποτελέσματα αυτού του μοντέλου θα παρουσιάζονται κάθε έτος σε τόνους ανά εκτάριο. Τα αποτελέσματα αυτά καθιστούν πιο εύκολο να προσδιοριστεί αν η απώλεια του εδάφους είναι κάτω από το μέσο όριο ανοχής ή όχι. Έτσι χρησιμοποιούνται ως δορυφορικά δεδομένα, Landsat-5 TM εικόνα για αυτή την εφαρμογή. Οι επεξεργασίες της εικόνας πραγματοποιούνται με τη χρήση ERDAS Imagine και ILWIS, λογισμικά που βρίσκονται στο Πολυτεχνείο της Κωνσταντινούπολις. Επίσης, το Photoshop και το Corel Draw χρησιμοποιούνται για διάφορους σκοπούς.
Δημιουργία DEM (Digital Elevation Model) της περιοχής
Για την δημιουργία DEM της περιοχής χρησιμοποιήθηκε η χωροταξική παρεμβολή των ψηφιοποιημένων ισοϋψών από χάρτη κλίμακας 1:50.000. Για την πλάγια κλίση του χάρτη υπολογίστηκε κάθε pixel να είναι στο επίπεδο που σχηματίζεται από το διάνυσμα που συνδέει τα εξ αριστερών και εκ δεξιών γειτονικά του pixel σε σχέση με το διάνυσμα που συνδέει τα άνω και κάτω γειτονικά pixel.
Γεωμετρική διόρθωση
Η φωτογραφία που χρησιμοποιήθηκε ήταν γεωμετρικά διορθωμένη ("orthorectified"). Για να μετατραπεί σε γεωμετρικά διορθωμένη, στην αρχή χρησιμοποιήθηκε ένα σύνολο από 40 σημεία ελέγχου στο έδαφος που προέρχονται από τοπογραφικούς χάρτες κλίμακας 1:50.000 και το DEM που δημιουργήθηκε. Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε με την χρήση πολυωνυμικής εξίσωσης. Στο τελευταίο στάδιο της διαδικασίας της γεωμετρικής διόρθωσης χρησιμοποιείται η μέθοδος αναδειγματολειψίας RMS(Root Mean Square).
Ταξινόμηση
Για την ανίχνευση του συνολικού δυναμικού διάβρωσης του εδάφους της Ορεινής περιοχής Γκάνος στη χερσόνησο της Θράκης, στην Τουρκία έγινε μία ψηφιακή ταξινόμηση σύμφωνα με τα δεδομένα LANDSAT TM που καλύπτουν περιοχές του φάσματος με το ορατό, το υπέρυθρο και τα μικροκύματα. Τα τηλεσκοπικά δεδομένα για την αξιολόγηση της υποβάθμισης του εδάφους και τη διάβρωση του προέρχονται κυρίως από το ορατό και τις υπέρυθρες ζώνες. Σε αυτό το στάδιο της μελέτης, η τεχνική ISODATA (Iterative Self-Organizing Data Analysis) χρησιμοποιήθηκε για ταξινόμηση χωρίς επίβλεψη. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιεί τον κανόνας απόφασης «maximumlikelihood» ο οποίος ταξινομεί διανέμοντας ομοιόμορφα στο χώρο τα δεδομένα και στη συνέχεια επαναληπτικά συλλέγει τα υπόλοιπα pixels, χρησιμοποιώντας την τεχνική της ελάχιστη απόσταση. Κάθε φορά που υπολογίζει γίνεται εκ νέου επανάληψη μέσα και ανακατατάσσει τα pixels σε σχέση με τα νέα μέσα. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται έως ότου ο αριθμός των pixels σε κάθε κατηγορίας να λιγοστεύει από ένα επιλεγμένο όριο αλλαγής pixel ή μέχρι ένα συγκεκριμένο αριθμό.
Μοντελοποίηση διάβρωσης εδάφους
Η μέθοδος προσδιορισμού για την εδαφική απώλεια αποτελείται από δύο διαφορετικές βάσεις και φάσεις. Πρώτη είναι η φάση του νερού και δεύτερη η φάση της καθίζησης. Στη φάση του νερού η κινητική ενέργεια των βροχοπτώσεων, οι χερσαίες ροές και οι ετήσιες τιμές βροχοπτώσεων. Στη φάση της καθίζησης καθοριστικοί παράγοντες είναι το ποσοστό απόσπασης των εδαφών και η επίδραση από την βροχή, οι μεταφορικές ικανότητες των χερσαίων τιμών ροής. Αυτά υπολογίζονται για κάθε pixel για την δημιουργία χαρτών με κάθε εισαγωγή δεδομένων.
Φάση νερού: E = R (11.9 + 8.7 log 10 (I) ) (1) Q = R exp ( - R c / R o ) (2) [R c = 1000 MS BD RD ( E t / E o ) 0.5 (3) R o = R / R n ] (4)
Φάση καθίζησης: F = K ( E exp ( – 0 , 0 5 A ) ) 10 – 3 (5) G = C Q 2 ( sin S ) 10 – 3 (6)
Λειτουργίες:
E : Κινητική ενέργεια των βροχοπτώσεων (J /m 2)
Q : Όγκος απορροής (mm)
F : Ποσοστό απόσπασης (kg / m 2)
G : Μεταφορική ικανότητα της απορροής (kg / m2)
Παράμετροι εισόδου:
MS : Περιεκτικότητα σε υγρασία του εδάφους στο χώρο
BD : Πυκνότητα του ανώτερου στρώματος του εδάφους (g /
cm3)
RD : Βάθος ριζών στο επιφανειακό έδαφος (m)
E t / E o : Αναλογία πραγματικής (E t ) πιθανής (E o )
Εξατμισοδιαπνοής
R : Ετήσια βροχόπτωση (mm)
R n : Αριθμός ημερών βροχής ανά έτος
I : Τυπική τιμή για την ένταση της διαβρωτικής βροχής (mm / h)
K : Εδαφικός δείκτης συγκράτησης νερού (detachability) (g / J)
S : Κλίση εδάφους
A : Ποσοστό βροχοπτώσεων που συμβάλλουν σε μόνιμη
κατολίσθηση.
C : Παράγοντας διαχείρισης με κάλυψη από καλλιέργειες.
W : Ποσοστό αύξησης στο βάθος του εδάφους από τις καιρικές συνθήκες στη σκληρή
διεπαφή εδάφους (mm / year)
V : Ποσοστό αύξησης της φυτικής γης στο στρώμα όπου υπάρχουν ρίζες (mm / year)
D : Συνολικό βάθος εδάφους(m)
Συμπεράσματα
Το κύριο αποτέλεσμα είναι ότι γενικά στην περιοχή μελέτης το μοντέλο εδάφους της διάβρωσης έχει το αναμενόμενο εύρος περίπου 10 τόνων ανά εκτάριο. Όμως οι αξίες αυτές πηδούν πάνω από το όριο των 10 τόνων ανά εκτάριο, εάν η γωνία κλίσης είναι πάνω από 16 °. Όπως μπορείτε να δείτε επίσης από την παρακάτω εικόνα, στην περιοχή της μελέτης, οι τιμές της ετήσιας διάβρωσης του εδάφους, φθάσουν έως και 20 τόνων ανά εκτάριο σε ορισμένες περιοχές, συνήθως άγονες, κοντά στην κορυφή του βουνού Γκάνος. Σε συνδυασμό με τις χρήσεις γης ή μοτίβα κάλυψη του εδάφους μπορούμε εύκολα να δούμε ότι είναι εκπληκτικά υψηλές οι τιμές της διάβρωσης του εδάφους στις δασόδης περιοχές. Χρήση / κάλυψη γης δεδομένα που λαμβάνονται από ταξινομούνται LANDSAT 5 TM δεδομένων εικόνας. Με την ISODATA διαδικασία ταξινόμησης.
Πηγή:SOIL EROSION MODELLING BY USING GIS & REMOTE SENSING : A CASE STUDY,GANOS MOUNTAIN,Berk Ustun
