Χαρτογράφηση των υπογείων νερών στη λεκάνη Μουσί με τη χρήση της τηλεπισκόπισης και του GIS

Από RemoteSensing Wiki

"Χαρτογράφηση των υπογείων νερών στη λεκάνη Μουσί με τη χρήση της τηλεπισκόπισης και του GIS"

Τα υπόγεια νερά δημιουργούνται όταν δεσμεύονται οι φυσαλίδες νερού μέσα στα γεωλογικά στρώματα. Το νερό δημιουργεί σχηματισμούς στον φλοιό της γης σαν αγωγούς μετάδοσης και σαν δεξαμενή νερού. Η εμφάνιση των υπογείων νερών σε ένα γεωλογικό σχηματισμό και η μελέτη τους αρχικά βασίζεται στο σχηματισμό πορώδες. Στην παρουσία αλληλοσυνδεόμενων ρωγμών το νερό της βροχής μπορεί να διεισδύσει μέσα από αυτές και να ενωθεί με τα υπόγεια νερά.

Η παραδοσιακή μέθοδος για να καθορίσουν τα υπόγεια νερά ήταν οι επίγεια έρευνα. Αλλά πλέον με τα πλεονεκτήματα της τηλεπισκόπισης και του GIS η χαρτογράφηση των υπόγειων νερών είναι μια εύκολη διαδικασία. Η συνθήκες των υπόγειων νερών διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με την κλίση της υδατικής επιφάνειας, το βάθος της διάβρωσης, την παρουσία ρωγμών, κανάλια και αρδευόμενες εκτάσεις. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να αναλυθούν με την χρήση GIS από δεδομένα της τηλεπισκόπισης.

Πληροφορίες και μεθοδολογία

Η λεκάνη Μουσί στην Ινδία είναι το ποιο σημαντικό κέντρο αγροτικής παραγωγής στη χώρα. Με την ταχεία αύξηση του πληθυσμού και της αστυφιλίας οι ανάγκες σε νερό στην πόλη όλο και αυξάνονται.

Για την συγκεκριμένη εργασία μελετήθηκε το άνω μέρος της λεκάνης Μουσί, συνολικής έκτασης 5653.20 km2 (Εικόνα 1). Η λεκάνη έχει ημιξηρικό κλίμα με ετήσια κατακρήμνιση 710 mm νερού το χρόνο. Ο ποταμός Μουσί καταλήγει στην υπολεκάνη της Μουσί. Η λεκάνη έχει πυκνότητα υδρογραφικού δικτύου 0,8-1km/km2. Στη λεκάνη η άρδευση γίνεται κυρίως από τα υπόγεια νερά λόγο της εξάντλησης της υδάτινης μάζας στην επιφάνεια του εδάφους και των δεξαμενών.

Η περιοχή αποτελείτε κυρίως από γρανίτη και γνεύσιο αναμεμειγμένο με λίγο δολερίτη, φλέβα χαλαζία και φλέβα πηγματίτη. Η κύρια καλλιέργεια της λεκάνης είναι το ακατέργαστο ρύζι αλλά επίσης καλλιεργούνται και λαχανικά, αραχίδα, ζαχαροκάλαμο, σόργο, κεχρί, καλαμπόκι, σιτάρι. Το ρύζι και τα λαχανικά αρδεύονται από τα πηγάδια και τις δεξαμενές. Οι καλλιέργειες του σόργου, του κεχριού και το σιτάρι είναι μη αρδευόμενη. Η περιοχή μελέτης έχει ετήσια βροχόπτωση 812mm. Το οποίο κατά 85% πέφτει από τους νοτιοδυτικούς μουσώνες ενώ το υπόλοιπο από τους βορειοανατολικούς μουσώνες και τους κυκλώνες. Οι ανάγκες της άρδευσης ικανοποιούνται κυρίως από τα υπόγεια νερά τα οποία έχουν μειωθεί λόγο της έλλειψης βροχόπτωσης.

Τα τηλεσκοπικά στοιχεία συλλέγονται από τον Shuttle Radar Topographic Mission-Digital Elevation Model (SRTM DEM) data και τον δορυφόρο Land sat 7 THEMATIC MAPPER. Οι χάρτες που χρησιμοποιούνται είναι τοπογραφικοί (1:2,50,000), γεωλογικοί (1:2,50,000) και γεωμορφολογίας (1:2,50,000).

Μεθοδολογία

Ο SRTM καταγράφει δύο εικόνες ραντάρ ταυτόχρονα, χρησιμοποιώντας δύο κεραίες για τη μετάδοση και λήψη στον κόλπο του φορτίου του Shuttle Endeavor, και μια δεύτερη κεραία που λαμβάνει στο άκρο των 60 m αναπτυγμένου ιστού. Τόσο το ραντάρ όσο και τα δεδομένα φάση καταγράφηκαν στις συχνότητες του C-καναλιού (5,56 cm μήκος κύματος) και στο X-καναλιού (3,1 cm μήκος κύματος). Οι αριθμητικές τιμές δείχνουν τα μήκη κύματος των C και Χ-καναλιών που είναι τα κανάλια λειτουργίας των κεραιών. Το μικρότερο μήκος κύματος των C και Χ-καναλιών είναι πιο ευαίσθητα σε μικρής κλίμακας διακυμάνσεις στην επιφανειακή τραχύτητα που μπορεί να συνδεθεί με την διάβρωση του εδάφους, το μέγεθος των χαλικιών της επιφάνειας και την έκταση της αποκοπής του τοπίου.

Δημιουργούμε DEM αρχεία από ραντάρ (όπως, SRTM DEM αρχεία) που παρέχουν νέες δυνατότητες στους επιστήμονες και συγκρίθηκαν με επιτυχία με άλλα DEM που προέρχονται από την αεροφωτογράφηση, SPOT-PAN, RADARSAT και ASTER [9,14]. Με την εμφάνιση των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών (GIS) το DEΜ μπορεί να χρησιμοποιείται μαζί με άλλα χωρικά δεδομένα, όπως γεωλογικές πληροφορίες, αερομεταφερόμενη μαγνητική, γ-φασματοσκοπία ακτινών και υπερ φασματικά δεδομένα.

Το DEM παρέχει ένα βασικό χωρικό σύστημα αναφοράς και εικόνες, και στη συνέχεια τα διανυσματικά δεδομένα μπορούν αυτομάτως να χρησιμοποιούνται πάνω από το DEM για πιο προηγμένες χωρικές αναλύσεις οι οποίες περιλαμβάνουν εργαλεία για τη δημιουργία γεωμορφομετρικά μοντέλα, όπως οι κλίσεις των εδαφών.

Ανάλυση

Για την οριοθέτηση των πιθανών ζωνών των υπογείων υδάτων (διαθεσιμότητα) στην περιοχή μελέτης πρέπει να είναι προετοιμασμένοι διάφοροι θεματικοί χάρτες από τηλεπισκοπικά δεδομένα, τοπογραφικούς χάρτες και γεωλογικές χαρτών σε συνδυασμό με τους υπάρχοντες χάρτες. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την προετοιμασία των χαρτών για τη λεκάνη Μουσί είναι η παρακάτω:

• Προετοιμασία βασικού χάρτη.

Ο βασικός χάρτης πρέπει να είναι έτοιμαστει στην εφαρμογή Arc Map του ArcGIS λογισμικού. Ο χάρτης βάση (Εικόνα 2) περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία με τα κατάλληλα σύμβολα: (i) ποταμών, (ii) όλα τα υδατικά συστήματα (τόσο πολυετή και εφήμερες έχουν να χαρτογραφηθούν), (iii) κανάλια, (iv) στους δρόμους, (v) σιδηροδρομικές γραμμές, (vi) πόλεις / μεγάλες πόλεις / χωριά, και (vii) όριο περιοχή.

• Τοπογραφία

Τοπογραφικές πληροφορίες συλλέγονται από τα δεδομένα του SRTM DEM (Εικόνα 3) και δημιουργείτε ένας ψηφιδωτός χάρτης κατεύθυνσης της ροής του νερού και ένα ψηφιδωτό της συσσώρευσης της ροής.

• Προετοιμασία ληθολογικού χάρτη

Ο Ληθολογικός χάρτης προετοιμάστηκε από την ψηφιοποίηση κάθε ληθογονικής μονάδας / τύπος βράχου στο λογισμικό ArcGIS από χάρτες γεωλογία. Επιπλέον κάθε ληθολογική μονάδα ή τύπος βράχο έχουν ταξινομηθεί με βάση το υπόμνημα του γεωλογικού χάρτη.

• Προετοιμασία χάρτη γεωλογικών δομών

Ο χάρτης γεωλογικών δομών προετοιμάστηκε από την ψηφιοποίηση lineaments, σφάλματα στο ArcGIS από τον γεωλογικό χάρτη.

• Προετοιμασία γεωμορφολογικού χάρτη

Η συνοπτική εικόνα των δορυφορικών εικόνων διευκολύνει την καλύτερη εκτίμηση της γεωμορφολογίας και βοηθά στη χαρτογράφηση των διαφόρων γεωμορφών. Η φωτογραφία-ερμηνεία των κριτηρίων, όπως τόνος, υφή, σχήμα, μέγεθος, την τοποθεσία, ένωση, φυσιογραφία, φύση των πετρωμάτων που σχετίζονται / ιζήματα, γεωλογικές δομές, πρέπει να χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση των διαφορετικών γεωμορφών/ γεωμορφολογικών περιοχών.

Αρχικά, η εικόνα πρέπει να ταξινομηθεί σε τρεις μεγάλες ζώνες: όπως είναι, λόφοι και οροπέδια και πεδιάδες. Στη συνέχεια, στην κάθε ζώνη, οι διαφορετικές γεωμορφολογικές μονάδες πρέπει να αντιστοιχίζονται με βάση τα γεωμορφολογικά τους χαρακτηριστικά, την εναέρια έκταση, το βάθος της αποσάθρωση, πάχος κτλ. Μετά χαρτογραφούνται οι παράκτιες, οι αιολικές και πλυμμηρικές περιοχές. Αυτές οι γεωμορφολογικές μονάδες / γεωμορφές που έχουν ερμηνευτεί από δορυφορική εικόνα πρέπει να ελέγχονται με επίγειους έλεγχους και ενσωματώνουμε τα στοιχεία που συλλέγουμε στον προηγούμενο χάρτη. Για την προετοιμασία ενός γεωμορφολογίκού χάρτη, απαιτούνται: (i) ληθολογικό χάρτη, (ii) την ερμηνεία των δορυφορικών εικόνων, και (iii) επίγειοι έλεγχοι

• Προετοιμασία υδρολογικού χάρτη

Οι δορυφορικές εικόνες παρέχουν άριστη πληροφορία για τις υδρολογικές πτυχές, όπως τη πορεία ποταμών/ ρυακιών , κανάλια, μεγάλες δεξαμενές, λίμνες, πηγές, αρδευόμενες περιοχές με υπόγεια ύδατα , κ.ά.. Με βάση την οπτική ερμηνεία μπορούν να προέλθουν πολλές πληροφορίες και να χαρτογραφηθούν από τη δορυφορική εικόνα.

Για την προετοιμασία του υδρολογικού χάρτη, απαιτούνται οι παρακάτω πληροφορίες:(i) ερμηνεία των δορυφορικών εικόνων, (ii) επιτόπιες επισκέψεις /έρευνες, και (iii) μετεωρολογικών δεδομένων. Επιπλέον, τα ακόλουθα στοιχεία πρέπει να αναγράφονταί στον υδρολογικό χάρτη: (i) κανάλι / δεξαμενή, (ii) οι αρδευόμενες περιοχές με υπόγεια ύδατα, και (iii) σταθμοί μέτρησης βροχής που να αναφέρουν τη μέση ετήσια βροχόπτωση. Στο υπόμνημα πρέπει να αναφέρεται η ετήσια βροχόπτωση.

Οι πληροφορίες που συλλέγονται στον επίγειο έλεγχο σχετικά με τις αρδευόμενες περιοχές από επιφανειακά και υπόγεια ύδατα, την καλλιεργητική τεχνική, τα υπάρχοντα πηγάδια, κλπ. πρέπει να ενσωματώνονται στον υδρολογικό χάρτη.

• Προετοιμασία χάρτη χρήσεων γης

Ένας χάρτης χρήσης γης ετοιμάστηκε χρησιμοποιώντας δεδομένα Land Sat Thematic Mapper και δόθηκε έμφαση στις αρδευόμενες περιοχές της λεκάνης. Τα δεδομένα από τον Land Sat TM ταξινομήθηκαν χρησιμοποιώντας το ER_DAS με επιβλεπόμενη ταξινόμηση σε συνδυασμό με ελάχιστους επίγειους ελέγχου. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένα ιεραρχικό σύστημα ταξινόμησης με βάση την τεχνική του Anderson με τα δέκα κριτήρια.

Στον επίγειο έλεγχο χρησιμοποιήθηκε το παγκόσμιο σύστημα προσδιορισμού θέσης (GPS) για τον προσδιορισμό της ακριβής θέσης των δειγμάτων. Πάρθηκαν 8-37 δείγματα για κάθε κλάση της ταξινόμησης.

Για κάθε τοποθεσία είναι απαραίτητα: (i) η χρήση γης / κάλυψη γης (επιπέδου Ι, ΙΙ, ΙΙΙ κατά Anderson), (ii) Είδη κάλυψης (ποσοστό) (δέντρα, θάμνοι, χόρτα, νερό, χέρσες εκτάσεις γης, ζιζάνια, διαφορετικές καλλιέργειες, άμμο και εκμεταλλεύσεις που είναι σε αγρανάπαυση,(iii) τους τύπους των καλλιεργειών,(iv) καλλιεργητική τεχνική, (v) καλλιεργητικό ημερολόγιο ,(vi) Αρδευόμενη, μη αρδευόμενη, συμπληρωματική άρδευση.

Συνολικά ταξινομήθηκα 8 διαφορετικές χρήσης γης για να χαρακτηρίσουν την αρδευόμενη περιοχή της λεκάνης.

• Προετοιμασία χαρτών των υπογείων νερών

Για την προετοιμασία των χαρτών των υπόγειων νερών (Εικόνα 4) χρειάζεται η ενσωμάτωση των πληροφοριών από τον ληθολογικό, δομικό, γεωμορφολογικό και υδρολογικό χάρτη στο ArcGIS. Δημιουργούμε διαφορετικά επίπεδα στο ArcGIS για των κάθε χάρτη δημιουργώντας έτσι τον ληθολογικό-γεωμορφολογικό χάρτη. Μετά μεταφέρονται οι γεωλογικές δομές στον ληθολογικό-γεωμορφολογικό χάρτη ώστε να αναφέρεται αν οι γεωλογικές δομές λειτουργούν ως αγωγοί ή ως εμπόδια στη κίνηση των υπογείων ρευμάτων. Τέλος μεταφέρονται οι υδρολογικές πληροφορίες, συμπεριλαμβανομένων όλων των αποχετεύσεων και της μάζας νερού από το υδρολογικό χάρτη για να ολοκληρωθεί ο ληθολογικός-γεωμορφολογικός-δομικός χάρτης. Όλα τα υδρογεωμορφολογικά χαρακτηριστικά πρέπει να αναγράφονται στο υπόμνημα.

Συμπεράσματα

Η χαρτογράφηση των υπόγειων υδατικών πόρων έχουν μελετηθεί πολύ κατά τα τελευταία χρόνια λόγω της αυξημένης ζήτησης για νερό. Αυτή τη μελέτη προσπάθησε να εντοπίσει τις υπόγειες υδάτινες ζώνες με τη χρήση τηλεπισκόπισης και των γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών τεχνικών στη λεκάνη Μουσί. Για να οριοθετηθεί η διαθεσιμότητα των υπόγειων υδάτων της λεκάνης Μουσί, χρησιμοποιούνται διάφοροι θεματικοί χάρτες, όπως, βασικός χάρτης, ληθολογικός χάρτη, χάρτη γεωλογικών δομών, χάρτης γεωμορφολογίας και υδρολογικός χάρτης που ετοιμάστηκαν από τηλεπισκοπικά δεδομένα, τοπογραφικούς χάρτες, γεωλογικών χαρτών και χαρτών υδρογεωμορφολογίας χρησιμοποιώντας Arc GIS και ERDAS λογισμικό.

ΠΗΓΗ: Sreedhar Ganapuram a, G.T. Vijaya Kumar a, I.V. Murali Krishna , Ercan Kahya ,M. Cüneyd Demirel.2008.Mapping of groundwater potential zones in the Musi basin using remote sensing data and GIS.Advances in Engineering Software 40 (2009) 506–518