Εκτίμηση των αντίκτυπων της εξόρυξης μεταλλευμάτων στη γη και τους υδάτινους πόρους με χρήση της τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Using Remote Sensing to Assess Impact of Mining Activities on Land and Water Resources

Συγγραφείς: E. Charou, M. Stefouli, D. Dimitrakopoulos, E. Vasiliou, O. D. Mavrantza

Πηγή: http://www.springerlink.com/content/y667586772663757/

Σκοπός

Σκοπός της μελέτης αυτής, είναι η αξιολόγηση πολλαπλών χρονικών εικόνων Landsat 5 και Landsat 7, παγχρωματικών εικόνων Spot, καθώς και στοιχεία δορυφόρου Aster για τη χαρτογράφηση του φυσικού περιβάλλοντος, με στόχο την αξιολόγηση των επιπτώσεων των εξορυκτικών δραστηριοτήτων στη γη και τους υδάτινους πόρους.

Εισαγωγή

Το περιβάλλον, συμπεριλαμβανομένων των επιφανειακών και υπογείων υδάτων, έχει τεθεί τα τελευταία χρόνια σε μια συνεχή επιβάρυνση από τις ανθρώπινες δραστηριότητες και τις φυσικές διαδικασίες. Τα δεδομένα της ψηφιακής τηλεπισκόπησης μπορούν να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με τα επιφανειακά ύδατα και τη κάλυψη του εδάφους (στο πέρας του χρόνου), η οποία είναι απαραίτητη για τη παρακολούθηση του περιβάλλοντος σε περιοχές εξόρυξης. Τα πολυφασματικά δορυφορικά δεδομένα και τα εναέρια φωτογραφικά δεδομένα έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων και τη παρακολούθηση των εξορυκτικών δραστηριοτήτων και σε γενικές γραμμές η μέθοδος έχει αποδειχθεί ότι είναι αρκετά αποτελεσματική, σε ότι αφορά τη παρακολούθηση της ρύπανσης του περιβάλλοντος που σχετίζεται με βαρέα μέταλλα.

Εικόνα 1: Περιοχή μελέτης, η λεκάνη Βεγορίτιδας

Περιοχή μελέτης

Στη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν η λίμνη Βεγορίτιδα και το ορυχείο του Αμύνταιου που βρίσκεται στην υδρολογική λεκάνη της Βεγορίτιδας στο βόρειο τμήμα της Ελλάδας (εικόνα 1).

Πηγές δεδομένων

Για τη μελέτη των αντικτύπων της εξόρυξης μεταλλευμάτων, χρησιμοποιήθηκαν πολυχρονικά τηλεπισκοπικά και μη δεδομένα. Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στη παρούσα μελέτη περιλαμβάνουν:

• τοπογραφικοί χάρτες 1:50000 που δημοσιεύθηκαν το 1970,
• γεωλογικοί χάρτες κλίμακας 1:50000,
• εξορυκτικοί χάρτες, υδρογεωλογικά και μετεωρολογικά δεδομένα καθώς και δεδομένα χρήσεων γης,
• δεδομένα εικόνων Landsat 7 ETM, αποκτηθέντα τον Οκτώβρη του 1999,
• δεδομένα εικόνων Landsat 5, αποκτηθέντα τον Οκτώβρη του 1986,
• δεδομένα εικόνων Aster, αποκτηθέντα τον Οκτώβριο του 2001,
• δεδομένα παγχρωματικών εικόνων Spot, αποκτηθέντα το 1996.

Εικόνα 2: Αποτέλεσμα της ταξινόμησης (αριστερή εικόνα) και ψευδής έγχρωμη εικόνα δορυφόρου Aster (δεξιά εικόνα) του ορυχείου λιγνίτη στο Αμύνταιο (έκταση 36,69 km2)

Μεθοδολογία και διαδικασία

Για τη καλύτερη αξιολόγηση της περιοχής, η μελέτη περιελάμβανε περιβαλλοντικά κρίσιμους τομείς σε ότι αφορά την υποβάθμισης της γης, τη ρύπανση των υδάτων καθώς και αλλαγές στις χρήσεις γης. Οι τεχνικές επεξεργασίας που ακολουθήθηκαν, είναι οι εξής:

• γεωαναφορά της εικόνας στην Εγκάρσια Μερκατορική Προβολή (ΕΜΠ), χρησιμοποιώντας το Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς (ΕΓΣΑ ’87). Η διαδικασία της γεωαναφοράς ακολουθήθηκε από την αναδειγματοληψία εικόνων Landsat, που είχε ως στόχο την ανίχνευση μεταβολών με τη μέθοδο του πλησιέστερου γείτονα,
• χρησιμοποιήθηκε το σύνθετο ψευδοχρώμα RGB-753, στις εικόνες Landsat και Aster, προκειμένου να δοθεί έμφαση στις περιοχές εξόρυξης που έχουν μεγάλη φασματική ανάκλαση. Επιπροσθέτως, το συγκεκριμένο σύνθετο διέκρινε τη βλάστηση από το άγονο έδαφος,
• για την ταξινόμηση των δεδομένων τηλεανίχνευσης χρησιμοποιήθηκε η δορυφορική εικόνα Aster, προκειμένου να γίνουν διακρίσεις όλων των εγγενών κατηγοριών κάλυψης γης των δορυφορικών εικόνων. Χαρτογραφήθηκαν οι διαφορετικοί τύποι κάλυψης γής στις εξορυκτικές περιοχές και εκτιμήθηκε η έκταση κάθε τύπου επιφάνειας κάλυψης γης. Στην εικόνα 2 η βλάστηση απεικονίζεται με πράσινο χρώμα, ενώ το κόκκινο χρώμα αντιστοιχεί σε ανεσκαμμένες περιοχές ή περιοχές που ήταν πρόσφατα χωματερές,
• πραγματοποιήθηκε αυτοματοποιημένος συνδυασμός του αποτελέσματος της ταξινόμησης με δεδομένα πολυχρονικών εικόνων. Αυτή η μέθοδος ήταν αποτελεσματική για τη κάλυψη του εδάφους και την ερμηνεία των γεωλογικών χαρακτηριστικών,
• αυτοποιημένη μετατροπή των raster δεδομένων σε vector δεδομένα. Η εικόνα raster που προέκυψε από τη ταξινόμηση (εικόνα 2) μετατράπηκε σε vector δεδομένα και τα δεδομένα αυτά αναλύθηκαν με τα αντίστοιχα δεδομένα χαρτών και τις παρατηρήσεις πεδίου,
• έγινε συλλογή, εισαγωγή, κωδικοποίηση, αποθήκευση, διαχείριση και ανάκτηση των διαφόρων στοιχείων στο GIS, προκειμένου να εκτιμηθεί ο φυσικός κίνδυνος που προκλήθηκε απο τις εξορυκτικές δραστηριότητες,
• περαιτέρω επεξεργασία και ανάλυση σχετικά με τις αλλαγές που εντοπίζονται στη περιοχή μελέτης.

Εικόνα 3: Ψηφιακά δεδομένα για τις αλλαγές της έκτασης της λίμνης Βεγορίτιδας

Αποτελέσματα εξορυκτικών δραστηριοτήτων

Η επιφανειακή έκταση της λίμνης Βεγορίτιδας μειώθηκε σημαντικά κατά τη διάρκεια αυτής της μελέτης (Πίνακας 1, Εικόνα 3). Οι αλλαγές αυτές αφορούν τη κάλυψη και τις χρήσεις γης. Οι μειώσεις της επιφανειακής έκτασης της λίμνης Βεγορίτιδας εκτιμήθηκε σε σχέση με τοπογραφικό χάρτη του 1970 της Ελληνικής Γεωγραφικής Υπηρεσίας. Η μείωση της επιφανειακής έκτασης σε συνδυασμό με τις μετρήσεις του επιπέδου της λίμνης, υποδεικνύουν μια σταθερή ανάληψη της στάθμης του νερού, η οποία οφείλεται κυρίως στην αύξηση της γεωργικής χρήσης και δευτερευόντως λόγω της αποστράγγισης των ορυχείων και της βιομηχανικής χρήσης. Στη λεκάνη του Αμύνταιου (υπολεκάνη της Βεγορίτιδας), ο αριθμός των πηγαδιών νερού που χρησιμοποιείται για άρδευση αυξάνεται συνεχώς κατά τη διάρκεια των τελευταίων 30 ετών με αποτέλεσμα το 90% της πρώην λίμνης (εικόνα 3) να έχει χρησιμοποιηθεί για τη γεωργία. Θερμικές ανωμαλίες (εικόνα 3) έχουν καταγραφεί στη λίμνη, μέσω της ραδιομετρικής ανάλυσης των Aster δεδομένων, τα οποία δεν εμφανίζονται στα πολυχρονικά δεδομένα του δορυφόρου Landsat. Αυτό σχετίζεται με την εισροή και εκροή του νερού λόγω καταβοθρών που έχουν σχηματιστεί στο πυθμένα της λίμνης, λόγω των καρστικών ασβεστόλιθων της περιοχής.

Πίνακας 1: Μειώσεις στην επιφανειακή έκταση της λίμνης σε σχέση με το τοπογραφικό χάρτη

Εικόνα 4: Δορυφορική εικόνα SPOT 1996 (αριστερά) και εικόνα Landsat 1986 (δεξιά)

Εικόνα 5: Σύγκριση δορυφορικών εικόνων Aster 2001 (αριστερά) και Landsat την ίδια χρονική περίοδο

Ανάλυση των δραστηριοτήτων εξόρυξης μεταλλευμάτων

Τα σύνθετα των ASTER, LANDAT και των παγχρωματικών εικόνων SPOT, παρουσιάζουν την έκταση των εξορυκτικών δραστηριοτήτων. Αυτό επέτρεψε τη ταξινόμηση της περιοχής του ορυχείου σε διάφορες κατηγορίες: ενεργές εξορυκτικές περιοχές (συνήθως καλύπτονται από γυμνό έδαφος), πρώην εξορυκτικές ή πρόσφατα αποκατεστημένες περιοχές και χωματερές. Οι δραστηριότητες εξόρυξης απεικονίζονται στις εικόνες 4 και 5, οι οποίες αλληλοσυμπληρώθηκαν προκειμένου να εντοπιστούν οι διάφοροι τύποι επιφανειών γης και να γίνει παρακολούθηση των περιβαλλοντικών πτυχών. Ειδικότερα, με φωτεινό κόκκινο χρώμα απεικονίζεται η βλάστηση των αποκατεστημένων περιοχών. Λευκό ή μπλε-λευκό αντιπροσωπεύει πρόσφατα εκτεθειμένες περιοχές (ορυχεία) η εκτάσεις απόρριψης αποβλήτων. Σκοτεινά χρώματα υποδηλώνουν πρώην περιοχές απόρριψης αποβλήτων ενώ το ορυχείο μπορεί εύκολα να παρατηρηθεί από ένα έντονο κόκκινο χρώμα λόγω υψηλών θερμοκρασιών στην επιφάνεια.

Συμπεράσματα

Η χρήση των πολυχρονικών εικόνων ASTER, LANDSAT και SPOT είναι ένα ανέξοδο και αποτελεσματικό εργαλείο για τη χαρτογράφηση μεγάλων περιοχών εξόρυξης και το οποίο υποδεικνύει τις αλλαγές στις χρήσεις γης και νερού συμπληρώνοντας τα στοιχεία των περιβαλλοντικών μελετών. Ακόμη, τα δορυφορικά δεδομένα μπορούν να υποστούν κατάλληλη επεξεργασία και ανάλυση, ώστε να δημιουργηθεί μια κατάλληλη βάση δεδομένων GIS. Οι δορυφορικές εικόνες ASTER αποδείχθηκαν ιδανική πηγή δεδομένων για την ανίχνευση αλλαγών στις χρήσεις και κάλυψη γης των εξορυκτικών περιοχών, δεδομένης της υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας του δορυφόρου και του μικρού κόστους. Τα ASTER δεδομένα μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά για τη:

• παρακολούθηση των αλλαγών στη κάλυψη γης των εξορυκτικών περιοχών,
• παρακολούθηση των θερμικών ανωμαλιών των επιφανειακών υδάτων,
• συμπλήρωση των δεδομένων LANDSAT, λόγω αδυναμίας διόρθωσης των γραμμών σάρωσης,
• παρακολούθηση αναδασωμένων περιοχών, ώστε να εξασφαλιστεί ότι τα εγγειοβελτιωτικά έργα είναι σύμφωνα με τους περιβαλλοντικούς κανονισμούς.