Μια τεχνική χρήσης GIS, και τηλεπισκόπησης για την αξιολόγηση τοποθεσιών επέκτασης χώρων απόθεσης και ταφής αποβλήτων

Από RemoteSensing Wiki

Εικόνα 1 – Η περιοχή μελέτης με το πλήθος ΧΥΤΑ ανά πολύγωνο, Πηγή: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.06.013

Πίνακας 1 – Τηλεσκοπικοί δείκτες που χρησιμοποιήθηκαν, Πηγή: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.06.013

Εικόνα 2 – Τα πολύγωνα Thiessen στην περιοχή μελέτης χρωματισμένα με βάση την κανονικοποιημένη μέση τιμή και τυπική απόκλιση, Πηγή: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.06.013

Πρωτότυπος Τίτλος: A data driven technique applying GIS, and remote sensing to rank locations for waste disposal site expansion
Συγγραφείς: Amy Richter, Kelvin Tsun Wai Ng, Nima Karimi
Πηγή: Resources, Conservation & Recycling, Vol. 149 (2019) pp. 352–362
Διαθέσιμο στο: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2019.06.013

Εισαγωγή
Η απόθεση και ταφή είναι η πιο διαδεδομένη μέθοδος διαχείρισης των αστικών στερεών αποβλήτων παγκοσμίως και η πιο συχνά απαντώμενη δέσμευση σχετικά με τα απόβλητα σύμφωνα με την συμφωνία του Παρισίου των Ηνωμένων Εθνών. Τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS) είναι ένα συχνά χρησιμοποιούμενο εργαλείο για την καταγραφή και χωροθέτηση χώρων ταφής. Παλαιότερες μελέτες (Simcek et al. ,2014) έχουν συνδυάσει μοντέλα βασισμένα σε GIS που υπολογίζουν ζώνες εξαίρεσης βασισμένες στο σύνδρομο Not-In-My-Backyard (NIMBY) που πολλοί κάτοικοι πόλεων εμφανίζουν όταν πρόκειται για την δημιουργία τέτοιων χώρων, και ανέπτυξαν εργαλείο επιλογής που συνυπολογίζει τις οσμές, την γειτνίαση και την ορατότητα για να βαθμολογήσει την καταλληλόλητα υποψήφιων εκτάσεων. Πιο πρόσφατες μελέτες εισάγουν και τεχνικές λήψης αποφάσεων στην αξιολόγηση τέτοιων χώρων βασισμένες σε διαθέσιμα δεδομένα αλλά και τις απόψεις ειδικών επιστημόνων.

Οι τεχνικές τηλεπισκόπησης είναι πολύ χρήσιμες στην διαχείριση των χώρων διάθεσης αποβλήτων όπως: η εύρεση σημείων χωροθέτησής τους , η ανεύρεση χώρων παράνομης διάθεσης (ΧΑΔΑ), η εκτίμηση της μόλυνσης των περιοχών γύρω από τις συγκεκριμένες εγκαταστάσεις. Μπορούν να συνδυαστούν μέθοδοι είτε με αεροφωτογραφίες είτε με δορυφορικούς δέκτες είτε με αισθητήρες από αέρος που θα επιτρέπουν την συνεχή βελτίωση, χαρτογράφηση και σχεδιασμό των χώρων διάθεσης στερεών αποβλήτων.

Η συγκεκριμένη μελέτη προτείνει ένα νέο αλγόριθμο ιεράρχησης προκειμένου να ταξινομήσει τους υπάρχοντες ΧΥΤΑ σε κλίμακα καταλληλότητας για την πιθανή επέκτασή τους χρησιμοποιώντας Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS) και δεδομένα τηλεπισκόπησης. Προτείνεται ακόμα η θέσπιση της ζώνης επιρροής με την μεθοδολογία των πολυγώνων Thiessen, για την αξιολόγηση μιας περιοχής για πιθανή επέκταση των ΧΥΤΑ στο μέλλον παρά την χωροθέτηση νέων. Τα οφέλη της συγκεκριμένης προσέγγισης είναι πολλαπλά και παρέχουν στους αρμόδιους για την λήψη αποφάσεων ένα καθορισμένο πλαίσιο μέσα από το οποίο μπορούν να ερευνήσουν τοποθεσίες για επεκτάσεις και να αξιολογήσουν τα δεδομένα αντί να αναζητούν απλώς περιοχές που πληρούν τα κριτήρια για νέες χωροθετήσεις. Ένα ακόμα πλεονέκτημα είναι ότι με αυτή την μέθοδο συλλέγουμε δεδομένα μαζικά ανά περιοχή και όχι για κάθε χώρο ξεχωριστά και έτσι μπορούμε να εξετάσουμε τις μεταξύ τους αλληλεξαρτήσεις.

Περιοχή μελέτης
Οι Καναδοί έχουν ένα από τους υψηλότερους ρυθμούς παραγωγής αποβλήτων στον κόσμο, παράγοντας 973 kg/cap το 2016, και λόγω της μεγάλης διαθεσιμότητας γης, η απόθεση των αποβλήτων σε χώρους ταφής είναι σύνηθες φαινόμενο σε πολλές περιοχές του Καναδά. Οι κάτοικοι του Saskatchewan απέδωσαν χειρότερα από τον μέσο όρο του Καναδά οδηγώντας το 84% των αποβλήτων τους για το 2016 σε ΧΥΤΑ. Το Saskatchewan έχει τον μεγαλύτερο αριθμό ενεργών χώρων απόθεσης (500), με περίπου 454 χώρους/ εκατομμύριο κατοίκων σε σύγκριση με το Οντάριο π.χ. που έχει 6 χώρους/ εκατομμύριο κατοίκων. Υπάρχουν πολύ λίγες δημοσιευμένες πληροφορίες διαθέσιμες για την διαχείριση αποβλήτων και τις πρακτικές στον Δυτικό Καναδά όπου κατοικεί το 1/3 των κατοίκων της χώρας.

Εικόνες
Επιλέχθηκαν εικόνες του Landsat 8 (δέκτες OLI & TIRS) για την περιοχή μελέτης. Έγινε προσπάθεια επιλογής εικόνων με μικρή νεφοκάλυψη (< 5.0%), υπό τον όρο να απέχουν περίπου 6 μήνες μεταξύ τους για λόγους συνέχειας. Τα Pixels με νεφοκάλυψη αναγνωρίστηκαν και απομακρύνθηκαν πριν την επεξεργασία. Όλες οι επιλεγμένες εικόνες Landsat ήταν επιπέδου L1T.

Τηλεπισκοπικοί δείκτες
Για την φασματική ανάδειξη περιοχών σε αυτή την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν τηλεπισκοπικοί δείκτες που παρουσιάζονται στον Πίνακα 1. Ο δείκτης NDVI είναι ο πιο κοινός σε μελέτες τηλεπισκόπησης σχετικές με τα απόβλητα καθώς απεικονίζει το δείκτη πρασίνου, απεικονίζοντας την υγεία της βλάστησης (Mahmood et al., 2016). Μειώσεις στην τιμή του NDVI μπορεί να παρατηρηθούν κοντά σε χώρους απόθεσης και ταφής λόγω των εκπομπών που διαφεύγουν. Συνεπώς η επέκταση τους σε περιοχές με χαμηλό εν γένει NDVI μπορεί να μειώσει πιθανές επιπτώσεις στην βλάστηση και τα οικοσυστήματα. Ο NDBI αναδεικνύει τις δομημένες περιοχές και συνήθως χρησιμοποιείται για την χαρτογράφηση αστικών περιοχών και μεταβολών καλύψεων γης. Σε αυτή την μελέτη χρησιμοποιήθηκε για την αναγνώριση των κέντρων πληθυσμού. Επειδή οι ΧΥΤΑ μπορεί να επηρεάσουν αρνητικά το τόσο το περιβάλλον όσο και την οικονομική και κοινωνική διάσταση, θα ήταν πιο λογικό να επεκταθούν τέτοιοι χώροι που βρίσκονται σε λιγότερο κατοικημένες περιοχές. Ειδικότερα για το ημίξηρο κλίμα του Saskatchewan χρησιμοποιήθηκαν δυο ακόμα τηλεπισκοπικοί δείκτες, ο NDMI και ο NDSI (χιονοκάλυψης) για την αξιολόγηση της επιφανειακής υγρασίας. Ο NDSI αξιολογήθηκε στην «χειμερινή» σκηνή Landsat ενώ οι υπόλοιποι δείκτες NDMI, NDVI, και NDBI στην «θερινή» σκηνή. Οι ΧΥΤΑ μπορούν σε περίπτωση απώλειας της σφράγισης του εδάφους που γίνεται να επηρεάσουν τους επιφανειακούς και υπόγειους υδροφορείς γι’ αυτό και η εξάπλωση τους κρίνεται πιο βιώσιμη σε ξηρές περιοχές με αντίστοιχη μείωση του κινδύνου ρύπανσης.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Το προτεινόμενο εργαλείο συνδυάζει αποτελεσματικά τηλεπισκοπικά και διανυσματικά δεδομένα για την αξιολόγηση περιοχών ενός της ακτίνας επιρροής υπάρχοντων ΧΥΤΑ και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την συστηματική μελέτη περιφερειοποίησής τους. Είναι μια μέθοδος βασισμένη σε καθαρά δεδομένα χωρίς να λαμβάνει υπόψη αλγορίθμους λήψης αποφάσεων. Ο συνδυασμός των δύο τύπων δεδομένων είναι ισχυρό εργαλείο που επιτρέπει την εξαγωγή συμπερασμάτων χωρίς να αλλοιώνει τις διαφορετικές οπτικές. Στην συγκεκριμένη μελέτη οι δομημένες περιοχές εξετάστηκαν στο πρίσμα της τηλεπισκόπησης ενώ οι πυκνοκατοικημένες περιοχές υπο το πρίσμα των διανυσματικών δεδομένων (πολύγωνα). Η μέθοδος που παρουσιάστηκε σίγουρα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν εργαλείο αξιολόγησης είτε πριν είτε κατά την διάρκεια της διαδικασίας λήψης αποφάσεων ενώ σε δεύτερο χρόνο μπορούν να εισαχθούν και συντελεστές βαρύτητας στα δεδομένα αν αυτό κριθεί σκόπιμο.