Η αξιολόγηση των επιπτώσεων της διάβρωσης του εδάφους και των μη σημειακών πηγών ρύπανσης...

Από RemoteSensing Wiki

Η αξιολόγηση των επιπτώσεων της διάβρωσης του εδάφους και των μη σημειακών πηγών ρύπανσης με την βοήθεια των πολύ-χρονικών τηλεπισκοπικών εικόνων

Αντικείμενο Μελέτης: Διάβρωση του εδάφους και σημειακές πηγές ρύπανσης

Δημοσιεύτηκε: Journal of Environmental Management 79 (2006) 88–101

Συγγραφείς:

Shu-Kuang Ning: Department of Civil and Environmental Engineering, National University of Kaohsiung, Kaohsiung, Taiwan, ROC Ni-Bin Chang: Department of Civil and Environmental Engineering, University of Central Florida, Orlando, FL 32826, USA Kai-Yu Jeng: Department of Environmental Engineering, National Cheng-Kung University, Tainan, Taiwan, ROC Yi-Hsing Tseng: Department of Surveying Engineering, National Cheng-Kung University, Tainan, Taiwan, ROC

Σκοπός

Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι η αξιολόγηση των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων της διάβρωση του εδάφους και της μη σημειακής ρύπανσης από τα πλοία σε μια ταχέως αναπτυσσόμενη λεκάνη απορροής ποταμού στην Ταϊβάν μέσω της ολοκληρωμένης χρήσης της Τηλεπισκόπισης, του παγκόσμιου συστήματος εντοπισμού θέσης (GPS), το GIS, και αριθμητικά μοντέλα προσομοίωσης. Ενώ η συνδυαστική μελέτη (Ning et al., 2002) εξέτασε τα διαθέσιμα στοιχεία, οι επιλογές της μεθόδου, και το τι έχει γίνει με αυτά τα δεδομένα σε μια βραχυπρόθεσμη ανάλυση για τη λεκάνης απορροής του ποταμού Kao-Ping, το παρόν άρθρο επικεντρώνεται στην εφαρμογή πολύ-χρονικών τηλεπισκοπικών εικόνων για να βοηθήσει στην αξιολόγηση της διάβρωσης του εδάφους και τις μη σημειακές πηγές ρύπανσης εντός της ίδιας περιοχής μελέτης από μια μακροπρόθεσμη προοπτική.

Περιοχή μελέτης

Η λεκάνης απορροής του ποταμού Kao-Ping βρίσκεται από το 120ο και 22 min (122ο 22΄) γεωγραφικό μήκος βόρεια και 22ο και 28 min (22ο 28΄) γεωγραφικού πλάτους ανατολικά έως 121o και 3 min (121o 3΄) γεωγραφικό μήκος βόρεια και 22o και 30 min (22ο 30΄) γεωγραφικό πλάτος ανατολικά. Οι επικρατούσες ροές μέσα από τα περίπου 140 χλμ. ποταμού μαζί με τους αγωγούς οδηγούν προς τα νότια στενά της Ταϊβάν. Με έκταση 3.256 km2, η επικρατούσα ροή του ποταμού Kao-Ping προέρχεται από τέσσερις μικρότερους παραπόταμους: τον ποταμό Chi-San, τον ποταμό Liao-Nung, τον ποταμό Cho-Kou, και τον ποταμό Ai-Liao (Εικόνα 1).

Μεθοδολογία

Η ανάλυση της διάβρωσης του εδάφους που σχετίζεται με τις μη σημειακές πηγές ρύπανσης περιλαμβάνει τρία στάδια (Εικόνα 2) : (1) ταξινόμηση προτύπων χρήσεων γης, (2) την απόκτηση δεδομένων για μοντελοποιημένη ανάλυση, και (3) προσομοίωσης της ανάλυση για μη σημειακές πηγές ρύπανση με αξιολόγηση των επιπτώσεων. Η κατάταξη του προτύπου χρήσεων γης θεωρείται ένα από τα προαπαιτούμενα για την εφαρμογή της επακόλουθης ανάλυσης προσομοίωσης. Έτσι, η αρχική εστίαση αυτής της μελέτης ήταν στην ταξινόμηση οκτώ πρότυπων κατηγοριών χρήσης γης στον υδροκρίτη με τη βοήθεια του δορυφορικών εικόνων SPOT που δημιουργήθηκαν κατά τη χρονική περίοδο 1991-2001. Στη συνέχεια εκτελείται η ανάλυση ανίχνευσης μεταβολών των χρήσεων γης κατά τη διάρκεια της δεκαετίας στη λεκάνη του ποταμού. Για τη στήριξη της ανάλυση των επιπτώσεων της διάβρωσης του εδάφους και των συσχετιζόμενων μη σημειακών πηγών, απαιτείται μια σειρά από βάσεις δεδομένων που θα συνδυάζουν τηλεπισκοπικά και μη τηλεπισκοπικά δεδομένα για την ανάλυση προσομοίωσης. Στο τέλος, το μοντέλο GWLF (General Watershed Loading Function) παρέχει προβλέψεις των μηνιαίων φορτίων αζώτου και φωσφόρου στη ροή ρευμάτων εντός του χρονικού πλαισίου με βάση τα δεδομένα βροχόπτωσης και τα πρότυπα απορροής καθώς και τις προβλέψεις της διάβρωσης του εδάφους και των μεταφερόμενων ιζημάτων.

Κατηγοριοποίηση των χρήσεων γης

Πολλές αλλαγές χρήσεων γης, είναι αποτέλεσμα ποικίλων κοινωνικών αιτιών, που αλλάζουν την κάλυψη γης, οι αλλαγές αυτές επηρεάζουν την βιοποικιλότητα, την υδατική ισορροπία, τις ποσότητες ακτινοβολίας, τα ίχνη αερίων εκπομπών, καθώς και άλλες διεργασίες ,που σωρευτικά, επηρεάζουν το παγκόσμιο κλίμα και τη βιόσφαιρα (Riebsame et al., 1994). Πρωταρχική συνιστώσα της χαρτογράφησης των χρήσεων γης και της κάλυψης γης είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος ταξινόμησης των χρήσεων γης. Η επιβλεπόμενη προσεγγιστική ταξινόμηση κατάταξης εφαρμόζεται στο σχέδιο χρήσης γης της εν λόγω μελέτης. Πρέπει να διεξάγεται σε ακολουθία συμπεριλαμβανομένου του μωσαϊκού δορυφορικών εικόνων, της ταξινόμησης, και της επαλήθευσης.

Η επιβλεπόμενη ταξινόμηση εικόνας είναι μια μέθοδος κατά την οποία ο αναλυτής καθορίζει περιοχές εκπαίδευσης σχετικά με την εικόνα που έχει κάθε αντιπροσωπευτική κατηγορία επιθυμητής κάλυψης γης. Η οριοθέτηση των αντιπροσωπευτικών ζωνών εκπαίδευσης του τύπου κάλυψης γίνεται πιο αποτελεσματική όταν ο αναλυτής εικόνας λαμβάνει γνώση της γεωγραφίας της περιοχής καθώς και από την εμπειρία που έχει σχετικά με τις φασματικές ιδιότητες των κλάσεων γης που τον αφορούν (Skidmore, 1989). Στην συνέχεια ο αναλυτής εικόνας εκπαιδεύει το λογισμικό να αναγνωρίζει φασματικές τιμές ή υπογραφές που συνδέονται με τους τόπους εκπαίδευσης. Μετά τις υπογραφές για κάθε κατηγορία κάλυψης γης που έχουν ορισθεί, το λογισμικό χρησιμοποιεί, στη συνέχεια, αυτές τις υπογραφές για την κατάταξη των υπόλοιπων pixels (ERDAS, 1999). Η Εικόνα 3 δείχνει τα λεπτομερή βήματα της διαδικασίας της κατηγοριοποίησης των χρήσεων γης. Η παραπάνω διαδικασία μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας μια δορυφορική εικόνα SPOT ως εξής:

• Επιλογή των δορυφορικών εικόνων και η δημιουργία του μωσαϊκού

(Εικόνα 4: Δεκαετής δορυφορική εικόνα SPOT της λεκάνης του ποταμού Kao-Ping).

• Η κατηγοριοποίηση των κυρίαρχων χρήσεων γης

(Εικόνα 5: Η κατανομή των χαρακτηριστικών σημείων για τη βαθμονόμηση (2001) & Εικόνα 6: Οι ερευνηθείσες χρήσεις γης στη λεκάνης απορροής του ποταμού Kao-Ping (1991).)

• Επαλήθευση των κυρίαρχων χρήσεων γης από αεροφωτογραφίες της περιοχής μελέτης.

(Εικόνα 7: Η εκτίμηση της ακρίβειας που επιλέγεται από τυχαία στρωματοποιημένη δειγματοληψία)

• Ανάλυση των ανιχνεύσιμων αλλαγών χρήσεων γης που έλαβαν χώρα, κατά τη διάρκεια της δεκαετίας, στην ορισθείσα λεκάνη απορροής του ποταμού.

Μετά από τις παραπάνω διεργασίες πραγματοποιήθηκε:

• Απόκτηση δεδομένων για την ανάλυση του μοντέλου
• Ανάλυση προσομοίωσης

Το αποτέλεσμα όλων των παραπάνω σταδίων μπορεί να περιγραφεί μέσω χαρτογραφικής απόδοσης του ArcView (Εικόνα 8: Η ανεύρεση των δεκαετών προτύπων χρήσης γης στην λεκάνης απορροής του ποταμού Kao-Ping).

Συμπεράσματα

Η μελέτη αυτή βασίζεται, υποστηρίζει, και ενσωματώνει πολλές από τις υφιστάμενες επιστημονικές κατευθύνσεις και εργαλεία και παρέχει μια νέα επίγνωση για την διαχείριση των λεκανών απορροής των ποταμών. Ποσοτικοποιεί τις δεκαετείς αλλαγές στη χρήση γης μέσω της χρήσης πολλαπλών χρονικών τηλεπισκοπικών εικόνων και αριθμητική προσομοίωση των μη σημειακών πηγών, με αποτέλεσμα να παρέχει μια σταθερή βάση για την αξιολόγηση των επιπτώσεων της διάβρωσης του εδάφους και των μη σημειακών πηγών ρύπανσης σε συνδυασμό με τις ανθρώπινες δραστηριότητες και τα φυσικά συστήματα. Περιλαμβάνει την εξέταση της φυσικής και της ανθρώπινης διάστασης των περιβαλλοντικών αλλαγών, συμπεριλαμβανομένων των διαφορετικών διατάξεων των κοινωνικό-οικονομικών συστημάτων, των αλλαγών στις βροχοπτώσεις και την απορροή, την κυκλοφορία των ανθρώπων, καθώς και τις μεταβολές στις γεωργικές δραστηριότητες και τις καλλιέργειες. Τα ερευνητικά δεδομένα δείχνουν ότι ενώ οι δεκαετείς αύξηση των οπωρώνων αποτελεί σημαντική απειλή για την ποιότητα του περιβάλλοντος, η συνεχή μείωση της δασικής γης έχει πιθανές επιπτώσεις στις μη-σημειακές πηγές ρύπανσης. Η υποβάθμισης της γης μαζί με τη διάβρωση του εδάφους και τις μη σημειακές πηγές ρύπανσης, συμβάλλουν στην υποβάθμιση της ποιότητας του νερού κατάντη του ποταμού Kao-Ping την τελευταία δεκαετία, οδηγώντας σε μια μη αναστρέψιμη κατάσταση για το φυσικό σύστημα. Μπορεί να εξαχθεί το συμπέρασμα ότι μια διαρκής παρακολούθηση με σεβασμό στα χαρακτηριστικά του οικοσυστήματος, στους δείκτες ποιότητας του περιβάλλοντος, και στα συμπτώματα της κλιματικής αλλαγής χρησιμοποιώντας την τηλεπισκόπηση πρέπει να είναι ένα σημαντικό εργαλείο για την ενίσχυση των διάφορων προγραμμάτων διαχείρισης χρήσεων γης. Αυτή η διεπιστημονική προσέγγιση με χρήση τηλεπισκόπησης για την ενίσχυση της διαδικασίας λήψης αποφάσεων μπορεί να εξοικονομήσει χρόνο, όταν οι σχεδιαστές καλούνται να αξιολογούν την πολιτική διαχείρισης της γης σε σχέση με τη διάβρωση του εδάφους και επιπτώσεις των μη σημειακών πηγών ρύπανσης. Οι πληροφορίες αυτές μπορούν να αποδειχθούν χρήσιμες για τους διαχειριστές των υδροκριτών στα πλαίσια της αειφόρου ανάπτυξης.

Πίνακας Εικόνων

Εικόνα 1: Το περιβαλλοντικό σύστημα της λεκάνης του ποταμού Kao-Ping, στη Νότια Ταιβάν.

Εικόνα 2: Το αναλυτικό πλαίσιο εργασίας

Εικόνα 3:Τα λεπτομερή βήματα της διαδικασίας της κατηγοριοποίησης των χρήσεων γης.

Εικόνα 4: Δεκαετής δορυφορική εικόνα SPOT της λεκάνης του ποταμού Kao-Ping

Εικόνα 5: Η κατανομή των χαρακτηριστικών σημείων για τη βαθμονόμηση (2001)

Εικόνα 6: Οι ερευνηθείσες χρήσεις γης στη λεκάνης απορροής του ποταμού Kao-Ping (1991)

Εικόνα 7: Η εκτίμηση της ακρίβειας που επιλέγεται από τυχαία στρωματοποιημένη δειγματοληψία

Εικόνα 8: Η ανεύρεση των δεκαετών προτύπων χρήσης γης στην λεκάνης απορροής του ποταμού Kao-Ping