Οριοθέτηση και χαρακτηρισμός περιοχών υπεράρδευσης και υφάλμυρων περιοχών στην Ινδία με χρήση της ψηφιακής τηλεπισκόπησης και GIS
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Delineation and Characterization of Waterlogged Salt Affected Soils in IGNP Using Remote Sensing and GIS
Συγγραφείς: Arup Kumar Mandal, R. C. Sharma
Πηγή: http://www.springerlink.com/content/d256858j5t3x4k63/
Σκοπός
Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η οριοθέτηση και ο χαρακτηρισμός των εδαφών στη περιοχή Ρατζαστάν της Ινδίας, οι οποίες τα τελευταία χρόνια λόγω της εντατικοποίησης των καλλιεργειών αντιμετωπίζουν σημαντικά προβλήματα υπεράρδευσης και υφαλμύρωσης εντείνοντας την έλλειψη πόσιμου νερού. Για τη διεκπεραίωση της συγκεκριμένης έρευνας χρησιμοποιήθηκαν μέθοδοι της ψηφιακής τηλεπισκόπισης με ταυτόχρονη χρήση των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών.
Εισαγωγή
Το έδαφος και οι νερό είναι οι βασικοί φυσικοί πόροι για τη γεωργία και την οικονομική ανάπτυξη ενός έθνους. Η ανάγκη για άρδευση οδήγησε στην δημιουργία ενός καναλιού στη βορειοδυτική πλευρά της περιοχής Ρατζαστάν της Ινδίας για την άρδευση περίπου 2.2 εκατομμυρίων εκταρίων άγονων εκτάσεων. Παρόλο που η άρδευση ενίσχυσε σημαντικά τη παραγωγή τροφίμων, δημιούργησε προβλήματα υπεράρδευσης και υφαλμύρωσης. Η αλόγιστη χρήση του νερού άρδευσης, η διήθηση του καναλιού και η αμμώδης υφή του εδάφους σε συνδυασμό με την απουσία συστημάτων αποστράγγισης, θεωρούνται οι κύριοι λόγοι για την υποβάθμιση του εδάφους. Τα ινδικά δεδομένα τηλεπισκόπησης έχουν αναδειχθεί ως ένα δυναμικό εργαλείο για τη παρακολούθηση εδαφών με αυξημένη περιεκτικότητα αλάτων. Η οπτική ερμηνεία των δεδομένων του ινδικού δορυφόρου IRS (Indian Remote Sensing) χρησιμοποιήθηκε για την οριοθέτηση εδαφών που επιβαρύνονται από αλόγιστη άρδευση νερού και από το φαινόμενο της υφαλμύρωσης. Η φασματική ταξινόμηση των περιοχών αυτών έγινε με τη χρήση ψηφιακών δεδομένων. Μόνιμα ή εποχιακά πλημμυρισμένες περιοχές χαρτογραφήθηκαν με τη χρήση της ψηφιακής τηλεπισκόπησης. Οι περιοχές που βρίσκονται κάτω από τον υδροφόρο ορίζοντα δεν έχουν ακόμη χαρακτηριστεί. Μια προσπάθεια για την αξιολόγηση των εδαφών αυτών έγινε μέσω επιτόπιων ερευνών και μεθόδων ψηφιακής τηλεπισκόπησης.
Περιοχή μελέτης
Η συγκεκριμένη μελέτη εφαρμόζεται στη περιοχή Ρατζαστάν της Ινδίας, η οποία αρδεύεται από το κεντρικό κανάλι Indira Gandhi Mykhya Nahar που χωροθετήθηκε στη βορειοδυτική πλευρά της περιοχής μελέτης (εικόνα 1).
Δεδομένα
Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν συμπεριελάμβαναν:
- προεπεξεργασμένες δορυφορικές εικόνες IRS LISS ΙΙ, οι οποίες είχαν υποστεί ατμοσφαιρική και ραδιομετρική διόρθωση
- τοπογραφικούς χάρτες της περιοχής μελέτης και βοηθητικές πληροφορίες για τον προσδιορισμό των πλημμυρισμένων και των υφάλμυρων περιοχών
- χρήση λογισμικού ILWIS, για την επεξεργασία και τη ψηφιοποίηση της εικόνας, υπολογισμούς χάρτη και υπέρθεσης πολλαπλών δεδομένων για την ερμηνεία της εικόνας
Μεθοδολογία και διαδικασία
Οι διαθέσιμοι τοπογραφικοί χάρτες κλίμακας 1:50000, γεωαναφέρθηκαν και ψηφιοποιήθηκαν με στόχο τη δημιουργία θεματικών επιπέδων των διοικητικών και πολιτικών ορίων, τα οποία με επικάλυψη δημιούργησαν το βασικό χάρτη της περιοχής μελέτης. Οι ψηφιακές εικόνες του δορυφόρου IRS γεωαναφέρθηκαν και πραγματοποιήθηκε νέα δειγματοληψία για γεωκωδικοποίηση χρησιμοποιώντας το λογισμικό ILWIS. Πραγματοποιήθηκαν ακόμη εργασίες στο πεδίο, όπου μέσω της οπτικής ερμηνείας έγινε αναγνώριση, χαρακτηρισμός και οριοθέτηση των πλημμυρισμένων και υφάλμυρων εδαφών. Με βάση τα εποχιακά στοιχεία για τους μήνες Φεβρουάριο, Ιούνιο και Νοέμβριο, μελετήθηκε και αξιολογήθηκε η δυναμική τους (εικόνες 2, 3, 4, 5). Καθορίστηκε η ανακλαστικότητα των επιφανειών των χρήσεων γης μέσω των καναλιών του δορυφόρου IRS, προκειμένου να απεικονιστούν τα χαρακτηριστικά τους στα διαφορετικά κανάλια. Ακόμη υπολογίστηκαν οι κανονικοποιημένοι λόγοι για τον προσδιορισμό των διαφόρων τάξεων χρήσεων γης με ανάμικτα pixels. Τα κύρια συστατικά που παράχθηκαν συνέβαλαν στο διαχωρισμό των εξεχόντων χρήσεων γης με ομοιογενή χαρακτηριστικά χρήσιμα για την οπτική ερμηνεία και την οριοθέτηση με υψηλότερη ακρίβεια των περιοχών υπεράρδευσης και των υφάλμυρων περιοχών.
Πραγματοποιήθηκε έλεγχος πεδίου για το προσδιορισμό του σημείου ενδιαφέροντος και για τη συσχέτιση των εικόνων. Έγινε εξέταση της αλατότητας και της υπεράρδευσης των επιφανειακών και υπογείων υδάτων χρησιμοποιώντας τις ήδη υπάρχουσες γεωτρήσεις, το προφίλ των εδαφών και τη συλλογή δεδομένων από πιεζόμετρα και πηγάδια. Τα σημεία δειγματοληψίας επιλέχθηκαν σε αντιπροσωπευτικές θέσεις ενώ μελετήθηκαν τα μορφολογικά χαρακτηριστικά με ειδική αναφορά στα επίπεδα αλατότητας, στην υγρασία του εδάφους, στην αποστράγγιση, στη διήθηση, στη διαπερατότητα και στις υδραυλικές ιδιότητες του εδάφους. Πρότυπες μέθοδοι ακολουθήθηκαν για την εξέταση των δειγμάτων εδάφους και νερού και την αξιολόγηση της ποιότητας τους.
Αποτελέσματα
Οπτική ερμηνεία αποτελεσμάτων
Η ερμηνεία των δεδομένων του δορυφόρου IRS αποκάλυψε περιοχές υπεράρδευσης στα επιφανειακά νερά τα οποία απεικονίζονται στις εικόνες 2, 3, 4, 5 ως σκούρο μπλε σε μαύρο τόνο. Μόνιμα φαινόμενα υπεράρδευσης εντοπίστηκαν στον ποταμό Saraswati και σε φυσικά κοιλώματα, τα οποία οφείλονται στη διήθηση και τη συσσώρευση του νερού άρδευσης και την εκτροπή του νερού από τις πλημμύρες. Το αλάτι απεικονίζεται ως γκρι με κιτρινωπό λευκό τόνο σε ακανόνιστα στίγματα. Κατά την οπτική ερμηνεία, οι περιοχές με μικτή φασματική υπογραφή κυμαίνονται σε γκρι και σκούρες γκρι αποχρώσεις. Η μελέτη του εδάφους απέδειξε υψηλές και κυμαινόμενες συγκεντρώσεις αλάτων στον υδροφόρο ορίζοντα. Αυτές οι περιοχές χαρακτηρίζονται ευαίσθητες, κρίσιμες και πιθανές περιοχές υπεράρδευσης. Επιπροσθέτως από τα υπάρχοντα δεδομένα του Φεβρουαρίου, του Νοεμβρίου (μετά τους μουσώνες) και του Ιουνίου (εικόνες 2, 3, 4, 5), αποδεικνύεται ότι η υπεράρδευση ήταν χαμηλότερη κατά το μήνα Φεβρουάριο. Αυτό οφείλεται στην εξάτμιση και στις λιγότερο υψηλές συχνότητες για την άρδευση των γεωργικών εκτάσεων κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Λόγω της υψηλής υγρασίας και του περιορισμένου βαθμού εναέριου ελέγχου, η χαρτογράφηση των πλημμυρισμένων περιοχών με υψηλό υδροφόρο ορίζοντα ήταν δύσκολή, χρησιμοποιώντας την οπτική ερμηνεία. Γι αυτό το λόγο, είναι απαραίτητη η χρήση ψηφιακών δεδομένων με υψηλότερη φασματική και χωρική ανάλυση, για τη χαρτογράφηση και τη ποσοτικοποίηση τέτοιων διαδικασιών. Η αύξηση του αλατιού είναι ένα συνηθισμένο φαινόμενο, που συνδέεται άμεσα με τις πλημμυρισμένες περιοχές. Επίγειες μελέτες εδάφους, αποκάλυψαν μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αλάτων τον Νοέμβριο, λόγω πιθανής πρόσφατης καθίζησης των αλάτων και της υψηλότερης εξατμισοδιαπνοής. Αυξημένες συγκεντρώσεις αλατιού βρέθηκαν σε άγονες περιοχές στις οποίες είχε διακοπεί η γεωργική δραστηριότητα λόγω παρατεταμένης συσσώρευσης αλάτων στην επιφάνεια του εδάφους. Οι φασματικές υπογραφές των περιοχών αυτών συχνά συγχέονται με τα άγονα και αμμώδη εδάφη, που εμφανίζονται με λευκό τόνο. Στις διαθέσιμες δορυφορικές εικόνες οι περιοχές διαχωρίστηκαν, λόγω υψηλής ανακλαστικότητας του αλατιού, υψηλότερης εδαφικής υγρασίας και ανομοιογενούς εμφάνισης σε ακανόνιστο σχήμα, μέγεθος και σχέδιο.
Ψηφιακή ανάλυση αποτελεσμάτων
Η φασματική ταξινόμηση των εξεχόντων χρήσεων γης στην αρδευόμενη ζώνη, πραγματοποιήθηκε με βάση την ανάκλαση των ομοιογενών pixel. Οι κανονικές καλλιέργειες, το νερό κατάκλυσης και οι ζώνες υπεράρδευσης είχαν παρόμοιες τάσεις της ανάκλασης. Αναλυτικότερα, το νερό κατάκλυσης εμφάνισε χαμηλότερες τιμές ανακλαστικότητας από τις πιθανές ζώνες υπεράρδευσης που οφείλεται στην υψηλότερη απορρόφηση και στη παρουσία υψηλής υγρασίας. Η ανακλαστικότητα αμμωδών και υφάλμυρων περιοχών, διαφέρει σε μεγάλο βαθμό σε όλα τα κανάλια. Τα αποτελέσματα αυτά είναι χρήσιμα στο διαχωρισμό και στη ταξινόμηση των διαφόρων χρήσεων γης για άρδευση στη περιοχή μελέτης με παρόμοια εδαφικά, υδατικά και περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά.
Χαρακτηριστικά του εδάφους
Μορφολογικά χαρακτηριστικά έδειξαν μεταβλητή υφή, αδύναμη έως μέτρια ισχυρή δομή, αδύναμη συνοχή και άφθονα οζίδια CaCO3. Μικρές συγκεντρώσεις σιδήρου και μαγγανίου βρέθηκαν στο υπέδαφος, λόγω υπεράρδευσης. Το προφίλ του εδάφους ήταν γενικά υγρό στην επιφάνεια και το τμήμα ελέγχου. Η συσσώρευση λεπτότερων σωματιδίων του εδάφους κάτω από το επιφανειακό στρώμα, προκάλεσε περιορισμένη διαπερατότητα. Η αμμώδης υφή του εδάφους ενίσχυσε στις περισσότερες περιπτώσεις την ανοδική κίνηση του υδροφόρου ορίζοντα και την αύξηση των συγκεντρώσεων αλατότητας στο έδαφος. Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά, έδειξαν ότι οι τιμές του PH κυμαίνονται σε ουδέτερη έως ελαφρά αλκαλική ζώνη (7,09-8,08).
Ποιότητα νερού
Τα χημικά χαρακτηριστικά των δειγμάτων νερού συλλέχθηκαν, προκειμένου να βρεθεί η περιεκτικότητα σε άλατα και να πραγματοποιηθεί αξιολόγηση της ποιότητας των υδάτων. Υψηλές συγκεντρώσεις μετρήθηκαν στις περιοχές Masitanwali και Bhairusari, οι οποίες έχουν πληγεί σοβαρά από τη παρατεταμένη συσσώρευση αλάτων. Η ιοντική σύνθεση των δειγμάτων νερού έδειξε σημαντική συμβολή νατρίου, ασβεστίου και μαγνησίου, συμβάλλοντας στην ανάπτυξη υψηλής αλατότητας.
Συμπεράσματα
Η οπτική ερμηνεία των Ινδικών τηλεπισκοπικών δεδομένων μέσω του δορυφόρου (IRS LISS ΙΙ) εντόπισε υψηλές συγκεντρώσεις αλάτων στη περιοχή του Ρατζαστάν. Η ψηφιακή ανάλυση της ανάκλασης και οι κανονικοποιημένοι λόγοι είναι κατάλληλοι δείκτες για τη ψηφιακή ταξινόμηση των διαφόρων χρήσεων γης σε αρδευόμενες περιοχές. Μελέτες για το έδαφος, το υπέδαφος και το προφίλ των εδαφών διευκόλυνε το χαρακτηρισμό των εδαφών σε υφάλμυρα και υπεραρδευόμενα, τα οποία σχετίζονται άμεσα με τη παρουσία αδιαπέρατων εδαφών και στρωμάτων ανθρακικού ασβεστίου, που περιορίζουν τη διείσδυση του νερού. Εντοπίστηκαν δυνητικά ευαίσθητες περιοχές υπεράρδευσης στη περιοχή μελέτης. Η υψηλότερη ανάλυση των δορυφορικών εικόνων, μέσω της ψηφιακής ανάλυσης σε συνδυασμό με τις επιτόπιες έρευνες συνέβαλλαν στη ποσοτικοποίηση των εν λόγω διαδικασιών.
