ΧΡΗΣΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΠΟΡΩΝ,ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ

Από RemoteSensing Wiki

1. Αντικείμενο Εφαρμογής: ΧΡΗΣΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΙΝΩΝ ΠΟΡΩΝ,ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗ ΤΗΣ ΑΠΟΡΡΟΗΣ

2. Πώς γινόταν παλαιότερα: Παλαιότερα οι παράμετροι της απορροής υπολογίζονταν και μετρούνταν από έρευνες πεδίου οι οποίες ήταν χρονοβόρες και ακριβές.

3. Είδη Δορυφόρων, Δεκτών και Καναλιών: Οι υψηλής ανάλυσης εικόνες είναι απαραίτητες για την περιγραφή των χρήσεων γης και του εντοπισμού αλλαγών στο είδος της σοδειάς και της αρδευόμενης περιοχής. Μία εφαρμογή για την οποία είναι απαραίτητη η γνώση των κατηγοριών των σοδειών είναι η επαλήθευση της νομιμότητας για καλλιέργεια και για άρδευση σε κάποιες περιοχές. Εικόνες IKONOS και SPIN με 1 ως 4 m δ.ι. χρησιμοποιούνται για την επίλυση νομικών διαμαχών που αφορούν σε ιδιοκτησίες. Η εφαλμύρωση των υδάτων και η παρουσία κομμένων κορμών παρατηρείται συνήθως όταν υπάρχει γειτνίαση με χωμάτινα κανάλια άρδευσης. Για τη μελέτη φαινομένων όπως η διαρροή υδάτων από τα κανάλια, της επίδρασης που έχει η διαρροή στη γύρω περιοχή αλλά και για τον εντοπισμό των ίδιων των καναλιών χρησιμοποιούνται παγχρωματικές εικόνες Landsat (15 m), SPOT (10 m) και IRS (6 m). Τα εμβαδά των καλλιεργειών αποτελούν βασική πληροφορία για την κατανομή των αρδευτικών υδάτων και τον προγραμματισμό της άρδευσης. Η «υπερ-άρδευση» δηλαδή η άρδευση με περισσότερο νερό από ότι χρειάζεται η καλλιέργεια οδηγεί σε αυξημένη απορροή, η οποία δημιουργεί με τη σειρά της προβλήματα στο νερό λόγω αλμυρότητας. Αν υπάρχουν ακριβείς πληροφορίες για την αρδευόμενη περιοχή μπορεί το πρόβλημα αυτό να αντιμετωπιστεί ως ένα βαθμό. Πολυφασματικές εικόνες SPOT, IRS και Landsat μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ταξινόμηση των καλλιεργειών ανάλογα με το είδος τους. Η συνολική ακρίβεια φτάνει περίπου το 85 %. Όμως τυχαίνει κάποιες φορές να υπάρχουν μεγάλες αποκλίσεις στη διαδικασία της ταξινόμησης.

Μία άλλη παράμετρος των υδάτινων πόρων είναι η αλμυρότητα για την οποία οι στατιστικές πληροφορίες που υπάρχουν είναι δυσεύρετες και συχνά αναξιόπιστες. Το αλάτι κινείται δια μέσου της κίνησης της εδαφικής υγρασίας άρα έχει δυναμική συμπεριφορά. Για το λόγο αυτό απαιτούνται διαχρονικές μετρήσεις για την παρακολούθηση του φαινομένου και συνεπώς την εκτίμηση των κινδύνων που επιφέρει στην παραγωγή των καλλιεργειών. Οι έρευνες για την αλμυρότητα του νερού γίνονταν παλαιότερα με δεδομένα SPOT και Landsat, όμως τελευταία χρησιμοποιούνται πολύ υψηλής ανάλυσης δορυφόροι με σκοπό την καλύτερη περιγραφή της εφαλμύρωσης. Τα ιόντα που βρίσκονται στο νερό καθορίζουν το είδος του άλατος και το χρώμα του εδάφους. Τα ανθρακικά άλατα εντοπίζονται καλύτερα στο κόκκινο κανάλι ενώ τα ανιόντα χλωρίου στο μπλε και πράσινο κανάλι. Το γεγονός αυτό υποδεικνύει ότι η αλμυρότητα του νερού δεν μπορεί να μελετηθεί σε κόκκινα ή εγγύς υπέρυθρα κανάλια. Η φασματική ανακλαστικότητα στο κόκκινο και εγγύς υπέρυθρο κανάλι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την περιγραφή επιφανειακών στρώσεων άλατος. Οι πιο συνηθισμένοι χάρτες που χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν τη διαδικασία είναι από 1:20 000 έως 1:50 000.

Επίσης σημαντικός είναι ο καθορισμός της εδαφικής υγρασίας. Η ανακλαστικότητα του νερού είναι γενικά χαμηλή σε όλο το φάσμα. Στα ανοιχτά υδάτινα σώματα παρατηρείται μια τάση χαμηλότερης ανακλαστικότητας όσο μεγαλώνει το μήκος κύματος της ακτινοβολίας και αυτό κάνει την ταξινόμηση των πιο βαριών στρωμάτων νερού αξιόπιστη και σχετικά εύκολη. Υπάρχουν δύο τρόποι προσδιορισμού της εδαφικής υγρασίας:

• Προσδιορισμός επιφανειακής εδαφικής υγρασίας με χρήση ραντάρ που διεισδύει στη βλάστηση και στο έδαφος μερικά εκατοστά και σκεδάζεται πίσω στο δέκτη.

• Προσδιορισμός της εδαφικής υγρασίας στο επίπεδο των ριζών των φυτών ως αντιστρόφως ανάλογο ποσό της επιφανειακής ενέργειας. Τα σήματα των SAR επηρεάζονται σε μεγάλο βαθμό από την τραχύτητα του εδάφους και τη βλάστηση. Οι τηλεπισκοπικές μέθοδοι που χρησιμοποιούν το ορατό τμήμα του φάσματος χρησιμοποιούνται κυρίως για τον υπολογισμό του συνολικού πράσινου ενώ οι μικροκυματικές για την εδαφική υγρασία και την αλμυρότητα. Ο συνδυασμός SAR και οπτικών δορυφορικών εικόνων μπορεί να βοηθήσει για τον καλύτερο υπολογισμό της εδαφικής υγρασίας σε περιοχές με βλάστηση. Οι πιο συνηθισμένες κατηγοριοποιήσεις του εδάφους ως προς την υγρασία είναι ξηρό έδαφος, ανομοιογενές, νωπό και υγρό. Όμως δεδομένα δέσμης 14 μικροκυματικού ραντάρ (microwave radar beam 14) δεν είναι διαθέσιμα με υψηλή ανάλυση σε δορυφόρους και συνεπώς δεν είναι κατάλληλα για τις μελέτες απορροής.

Μία άλλη παράμετρος της μελέτης είναι το στάδιο ανάπτυξης των καλλιεργειών. Έχουν δημιουργηθεί εμπειρικές σχέσεις μεταξύ των φασματικών υπογραφών της βλάστησης ή ο Δείκτης Επιφάνειας Φυλλώματος (Leaf Area Index) οι οποίες αποδίδουν καλά για τον προσδιορισμό της ανάπτυξης των καλλιεργειών. Όμως αυτές οι εμπειρικές σχέσεις απαιτούν καλιμπράρισμα με εκτενή δεδομένα πεδίου για κάθε εποχή. Ένα πρόβλημα που παρουσιάζεται στην εφαρμογή τηλεπισκόπησης για τον προσδιορισμό της ανάπτυξης μίας καλλιέργειας είναι το γεγονός ότι απαιτούνται πολλές διαχρονικές λήψεις. Για το διαχωρισμό των καλλιεργειών χρησιμοποιούνται εικόνες Landsat. Η συχνότητα λήψης των εικόνων αυτών είναι ένας παράγοντας αβεβαιότητας λόγω της συχνότητας λήψης φωτογραφιών ανά 16 μέρες και λόγω επιρροής των σύννεφων στις εικόνες. Οι χαμηλής ανάλυσης εικόνες 1100 m είναι πιο χρήσιμες για τη δημιουργία χρονικών σειρών επειδή έχουν καθημερινά περάσματα από την κάθε περιοχή. Ο περιορισμός των MODIS και NOAA είναι ότι δεν μπορούν να εντοπίσουν μεμονωμένα πεδία.

4. Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα: Τα διαθέσιμα πακέτα λογισμικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τις επεξεργασίες εικόνων ποικίλουν από τα φθηνά και απλά MapInfo, IDRISI, ER-Mapper, PCI ως τα πλήρη και απλά ILWIS, GRASS και τα επαγγελματικά και ακριβά Erdas-Imagine, IDL-Envi, ArcView-spatial analyst.

5. Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Τα σφάλματα των τηλεπισκοπικών μεθόδων ακολουθούν κανονική κατανομή και κατά μέσο όρο τα σφάλματα αυτά μειώνονται σε μία μεγάλη χρονική περίοδο ή για μία μεγάλη περιοχή. Για τη μελέτη ενός φαινομένου μεμονωμένα οι τηλεπισκοπικές μέθοδοι δίνουν ακρίβεια με 95% επίπεδο εμπιστοσύνης. Υπάρχει όμως ένας διχασμός ανάμεσα στους ειδικούς για τη χρήση τηλεπισκόπησης σε μελέτες διαχείρισης υδάτινων πόρων εξαιτίας του γεγονότος ότι η ακρίβεια εξαρτάται και από τον αλγόριθμο που θα επιλέξουμε. Στον ΠΙΝΑΚΑ 2 φαίνονται οι ακρίβειες από τον υπολογισμό των διάφορων θεματικών χαρακτηριστικών που αφορούν στη μελέτη της απορροής των υδάτων.

Τα αποτελέσματα του Πίνακα δείχνουν ότι οι παράμετροι της απορροής μπορούν να υπολογιστούν με μέση ακρίβεια 78%. Το φάσμα των τιμών που παίρνει η ακρίβεια υπολογισμού κάθε μεμονωμένης θεματικής παραμέτρου είναι μεταξύ 63 και 92%, έχει δηλαδή μεγάλη διακύμανση. Αυτό σημαίνει ότι κάποιες παράμετροι μπορούν να υπολογιστούν καλύτερα από κάποιες άλλες και θα πρέπει ο κάθε μηχανικός να κρίνει και να αξιολογήσει τι μέγεθος ακρίβειας θα θεωρήσει αποδεκτό για τη μελέτη του. Αν λάβουμε υπ’ όψιν την έλλειψη απαραίτητων δεδομένων για την παρακολούθηση των συστημάτων απορροής η μέση ακρίβεια υπολογισμού των παραμέτρων τους (78% ή και παραπάνω) είναι αρκετά ικανοποιητική για την εφαρμογή της Τηλεπισκόπησης σε τέτοιες μελέτες. Οι παράμετροι της διαχείρισης των υδάτινων πόρων μπορούν να μετρηθούν με καλή ακρίβεια και σε προσιτό κόστος. Το τελικό αποτέλεσμα των τηλεπισκοπικών επεξεργασιών περιγράφει την απόκλιση της απορροής από μία τιμή αναφοράς. Φυσικά σε αυτό το πεδίο των υδάτινων πόρων υπάρχει ακόμα πολύ υλικό για έρευνα όσον αφορά στις παραμέτρους των φαινομένων και τη μελέτη τους από τα δορυφορικά δεδομένα και τα λογισμικά.

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟ ΚΕΙΜΕΝΟ Remote Sensing for Water Management: The Drainage Component Dr Marinus G. Bos, Dr Safwat Abdel Dayem, Prof Dr Wim Bastiaanssen, Dr Alain Vidal