Χρήση της Τηλεπισκόπησης για την Αξιολόγηση της Ποιότητας των Υδατικών Πόρων στην Hyderabad (Ζώνη-V) Ινδία
Από RemoteSensing Wiki
Χρήση της Τηλεπισκόπησης και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών GIS για την Αξιολόγηση της Ποιότητας των Υδατικών Πόρων στην Hyderabad (Ζώνη-V), Ινδία
S. S. Asadi1*, Padmaja Vuppala2 and M. Anji Reddy3
1Κέντρο Περιβάλλοντος, Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας, Jawaharlal Nehru Technological University, Hyderabad-500072, A.P, Ινδία
2Κέντρο Περιβάλλοντος, Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας, Jawaharlal Nehru Technological University, Hyderabad-500072, A.P, Ινδία
3Ινστιτούτο της Επιστήμης και της Τεχνολογίας, Jawaharlal Nehru Technological University, Hyderabad-500072, AP, Ινδία Η αλληλογραφία με τον Δρ Σ. Σ. Asadi. E-mail: ssvp_envi@yahoo.co.in, αsadienviron@yahoo.com, admaja_vuppala@yaho.co.in
Πηγή: International Journal of Environmental Research and Public Health ISSN 1661-7827 www.ijerph.org © 2007 by MDPI,4(1), 45-52
Αντικείμενο Εφαρμογής: Περιβαλλοντική Ρευστομηχανική
Σκοπός Εφαρμογής: Η ποιότητα των υπογείων υδάτων στην πόλη Hyderabad έχει ιδιαίτερη σημασία και απαιτεί μεγάλη προσοχή όλων των ενδιαφερομένων, δεδομένου ότι είναι η σημαντικότερη εναλλακτική πηγή των οικιακών και βιομηχανικών χρήσεων καθώς και για την παροχή πόσιμου νερού. Η παρούσα μελέτη παρακολουθεί την ποιότητα των υδάτων στο έδαφος, συνδέοντας την με τη χρήση της γης/κάλυψη γης και τους χάρτες ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα για την ποιότητα των υδάτων χρησιμοποιώντας δεδομένα Τηλεπισκόπησης και τεχνικές GIS για μέρος της πόλης Hyderabad.
Εισαγωγή
Η ποιότητα του αστικού περιβάλλοντος επιδεινώνεται μέρα με τη ημέρα στις μεγαλύτερες πόλεις φθάνοντας σε σημεία κορεσμού και σε θέση να μην μπορεί να αντιμετωπίσει την αυξανόμενη πίεση για τις νέες υποδομές. Η ταχεία αστικοποίηση φέρνει μαζί της πολλά προβλήματα καθώς προκαλεί τεράστια ζήτηση για γη, νερό, στέγαση, μεταφορές, την υγεία, την εκπαίδευση. Το νερό, μια ζωτική πηγή ζωής στη φυσική του κατάσταση είναι απαλλαγμένη από τη ρύπανση, αλλά όταν ο άνθρωπος επεμβαίνει χάνει τις φυσικές του ιδιότητες. Η επιστήμη της Τηλεπισκόπησης και τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών GIS αποτελούν αποτελεσματικά μέσα για τη χαρτογράφηση της ποιότητας του νερού και της χαρτογράφησης της κάλυψης γης απαραίτητη διαδικασία για την παρακολούθηση, μοντελοποίηση και την ανίχνευση της περιβαλλοντικής αλλαγής.
Περιοχή Μελέτης
Η συνολική έκταση της Δημοτικής Κοινότητας της Hyderabad (MCH) είναι 179 km2 και χωρίζεται σε 11 ζώνες σχεδιασμού όπου η παρούσα μελέτη περιοχή (Ζώνη-V) αποτελείται από 31,68 Km2 από τη συνολική έκταση της MCH που βρίσκεται ανάμεσα στα 78025'22" ανατολικού γεωγραφικού μήκους και 17022'48" βόρειου γεωγραφικού πλάτους. Το κλίμα είναι αρκετά ήπιο με ημερήσια μέση μέγιστη θερμοκρασία να ποικίλλει από ένα ελάχιστο των 11,60 C κατά τη διάρκεια του μήνα Δεκεμβρίου στο όριο των 40,560 τον Απρίλιο. Η Hyderabad έχει βροχοπτώσεις κυρίως από τους νοτιοδυτικούς μουσώνες με τη συνολική μέση ετήσια βροχόπτωση περίπου στα 73,55 εκατοστά. Βρίσκεται σε υψόμετρο 570 m πάνω από το επίπεδο της θάλασσας.
Μεθοδολογία
Δεδομένα Μελέτης
Διάφορα προϊόντα και στοιχεία που απαιτούνται για τη μελέτη περιλαμβάνουν τα 56K/7 και 56K/11 τοπογραφικά φύλλα τα οποία προέρχονται από Έρευνα της Ινδίας (1:50.000) και στοιχεία από τους δορυφόρους IRS-1D PAN και LISS-III της διαδρομής 100 και της γραμμής 60 από την Εθνική Υπηρεσία Τηλεπισκόπησης (NRSA), Hyderabad.
Δημιουργία Βάσης Δεδομένων
Στις δορυφορικές εικόνες IRS-ID PAN και LISS ΙΙΙ δόθηκε γεωγραφική αναφορά, χρησιμοποιώντας τα σημεία ελέγχου επί του εδάφους με SOI τοπογραφικά φύλλα ως σημείο αναφοράς και περαιτέρω συγχωνεύθηκαν να αποκτήσουν υψηλή χωρική διακριτική ικανότητα (5,8m στο παγχρωματικό PAN) και χρώμα (στα R, G, B φασματικά κανάλια του δορυφόρου LISS-ΙΙΙ) μέσω του λογισμικού επεξεργασίας εικόνας Easi / PACE v6.3. Η περιοχή μελέτης οριοθετείται στη συνέχεια από τα δεδομένα με βάση το γεωγραφικό πλάτος και γεωγραφικό μήκος και ένα τελικό τυπωμένο αντίγραφο το οποίο διατίθεται περαιτέρω για οπτική ερμηνεία για την παραγωγή θεματικών χαρτών. Οι εν λόγω θεματικοί χάρτες (Raster-ψηφιδωτά δεδομένα) μετατρέπονται σε διανυσματική (vector) μορφή με σάρωση χρησιμοποιώντας ένα Α0-Deskjet σαρωτή και ψηφιοποιείται σε λογισμικό AutoCAD 2000. Ο χάρτης επίσης επεξεργάζεται στο λογισμικό ARC/INFO v3.5.1 και η τελική έντυπη μορφή παρασκευάζονται χρησιμοποιώντας ARC/VIEW v3.1 λογισμικό Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Χωρική Βάση Δεδομένων Οι θεματικών χάρτες, όπως ο χάρτης βάσης και οι χάρτες του δικτύου ομβρίων υδάτων που παρασκευάζονται από τα τοπογραφικά φύλλα SOI σε κλίμακα 1:50.000 με χρήση AutoCAD και Arc/Info λογισμικού για την απόκτηση των βασικών δεδομένων. Όλοι οι χάρτες έχουν σαρωθεί και ψηφιοποιηθεί για να δημιουργηθεί μια ψηφιακή μορφή αποτελέσματος. Οι χάρτες χρήσης γης/κάλυψης γης της περιοχής μελέτης εκπονήθηκαν χρησιμοποιώντας οπτική τεχνική ερμηνεία από τις δορυφορικές εικόνες (IRS-ID PAN και LISS-III) και τα τοπογραφικά φύλλα SOI μαζί με την ανάλυση ακρίβειας του εδάφους. Βάση Περιγραφικών Χαρακτηριστικών Για την δημιουργία της βάσης των περιγραφικών χαρακτηριστικών εκτελέστηκε επιτόπια έρευνα στα υπόγεια δείγματα που συλλέχθηκαν από προκαθορισμένες θέσεις με βάση την αλλαγής της χρήσης γης και τους χάρτες του αποστραγγιστικού δίκτυο της περιοχής μελέτης. Ο χάρτης με τα σημεία δειγματοληψίας υπερτίθεται των δορυφορικών εικόνες, όπως φαίνεται στην εικόνα 1. Τα δείγματα νερού μετέπειτα αναλύονται για διάφορες φυσικοχημικές παραμέτρους για τη θέσπιση τυποποιημένων πρωτοκόλλων.
Ενσωμάτωση της Χωρικής και της Περιγραφικής Βάσης Δεδομένων
Η χωρική και η περιγραφική βάση δεδομένων που παράγονται αλληλοσυσχετίζονται για την παραγωγή των χαρτών χωρικής κατανομής των επιλεγμένων παραμέτρων ποιότητας του νερού, όπως το pH, η αλκαλικότητα, χλωριούχα, θειικά, νιτρικά, TDS, ολική σκληρότητα, φθοριούχες και ο Δείκτης Ποιότητας Νερού Water Quality Index (WQI) με υπέρθεση των δορυφορικών εικόνων. Τα στοιχεία της ποιότητας των υδάτων συνδέονται με τις θέσεις των δειγματοληψιών στο λογισμικό ARC/INFO και οι παραγόμενοι χάρτες δείχνουν την χωρική κατανομή των παραπάνω παραμέτρων ώστε να εντοπίζεται εύκολα η διακύμανση των συγκεντρώσεων των παραπάνω παραμέτρων στα υπόγεια ύδατα σε διάφορα μέρη της περιοχής μελέτης χρησιμοποιώντας την τεχνική της προσαρμογής καμπύλης του λογισμικού ARC/VIEW GIS.
Δείκτης Ποιότητας Νερού (Water Quality Index-WQI)
Ο Δείκτης Ποιότητας Νερού (Water Quality Index-WQI) είναι μία πολύ χρήσιμη και αποτελεσματική μέθοδος για την αξιολόγηση της ποιότητας των υδάτων. Ο Δείκτης Ποιότητας Νερού είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την ερμηνεία των πληροφοριών σχετικά με τη συνολική ποιότητα του νερού. Με βάση τον Δείκτη Ποιότητας Νερού WQI, η ποιότητα των υπόγειων υδάτων βαθμολογείται ως άριστη, καλή, κακή, πολύ κακή και ακατάλληλα για ανθρώπινη κατανάλωση σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα.
Αποτελέσματα
Χρήση Γης/Κάλυψη Γης
Η ανάλυση της φύσης και του ρυθμού της αλλαγής χρήσης της γης και τις συναφείς επιπτώσεις της στην ποιότητα των υπόγειων υδάτων είναι απαραίτητη για την ορθή κατανόηση του παρόντος περιβαλλοντικού προβλήματος. Στην παρούσα μελέτη, το δομημένο έδαφος περιλαμβάνει πυκνές, μέτριες και αραιά κατοικημένες περιοχές, οι οποίες αποτελούνται από 18,88 km2 της συνολικής έκτασης της περιοχής μελέτης εκ των οποίων 9,74km2 είναι πυκνά κατοικημένες και 4,73km2 μεσαία και 4,57km2 αραιά κατοικημένες περιοχές όπως φαίνεται στην εικόνα 2 και στην εικόνα 3. Η αγροτική γη είναι συνολικά 1,18Km2.
Εκτίμηση Ποιοτικών Παραμέτρων Υδάτων
Το pH των δειγμάτων νερού στην περιοχή μελέτης κυμαίνονταν μεταξύ 6,0 με 8,0. Υψηλής αλκαλικότητας νερό με συγκεντρώσεις που κυμαίνονται πάνω από 300mg/l παρατηρήθηκε στις περιοχές Yellareddyguda και Erragadda, η οποία οφείλεται στη φθορά των οργανικών υλών, στην αποσάθρωση των πετρωμάτων και των ορυκτών. Η συγκέντρωση χλωριούχων στις περισσότερες περιοχές είναι εντός των επιτρεπτών ορίων, εκτός από την περιοχή Banjara Hills n.v.t. Nagar, η οποία έχει 260mg/l χλωριούχων. Η υψηλότερη συγκέντρωση των συνολικών διαλυμένων στερεών βρέθηκε να είναι 1350 mg/l στις περιοχές Erragadda και Yellareddyguda με 1010mg/l, που οφείλεται λόγω της παρουσίας των πυκνά κατοικημένων περιοχών και λόγω της μορφής της γης. Η απόρριψη στερεών αποβλήτων στην τοποθεσία Yousufguda και οι θέσεις των βιομηχανιών στην περιοχή Sanath Nagar έχουν αντίκτυπο στα υπόγεια ύδατα των περιοχών αυτών. Υψηλή συγκέντρωση TDS παρατηρήθηκε επίσης στη Νότια περιοχή Jubilee Hills (1245mg/l) και στην περιοχή Sheikpet (1120mg/l), η οποία αποδίδεται σε γεωργικές εφαρμογές (εικόνα 4). Η υψηλή συγκέντρωση TDS σε υπόγεια ύδατα προέρχονται επίσης από φυσικές πηγές, πηγές αποχέτευσης, τις αστικές απορροές και τα βιομηχανικά απόβλητα. Τα αποτελέσματα όλων των αναλύσεων φαίνονται στις παρακάτω εικόνες (Εικόνα 5, Εικόνα 6).
Συμπεράσματα
Με βάση την συσχέτιση μεταξύ της ποιότητας των υδάτων και της υφιστάμενης χρήση γης, εντοπίστηκαν οι προβληματικοί τομείς της περιοχής μελέτης. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ορισμένοι παράμετροι, όπως τα νιτρικά άλατα, τα TDS, τα χλωριούχα και τα φθοριούχα ήταν πέρα από τα αποδεκτά όρια σε περιοχές, οι οποίες είναι πυκνοκατοικημένες και σε βιομηχανικές. Ο δείκτης ποιότητας νερού της παρούσας ζώνης στη μελέτη έδειξε ικανοποιητικά αποτελέσματα με το μεγαλύτερο μέρος της περιοχής να παρουσιάζει WQI<50 σε περιοχές κοντά σε στάση λεωφορείου και στον οδικό άξονα No.4 στις περιοχές Banjara Hills, Jubilee Hills, Mehdipatnam όπου η ποιότητα των υπόγειων υδάτων ήταν καλή. Αλλά σε λίγες περιοχές όπως στις Yousufguda, Erragadda, Sheikpet και Hakimpet είχαν υψηλότερη τιμή WQI που αντιστοιχεί στην επιδείνωση της ποιότητας των υδάτων. Συνεπώς ένα ολοκληρωμένο αποχετευτικό σύστημα για την ασφαλή διάθεση των αποβλήτων θα πρέπει να αναπτυχθεί για την προστασία της ποιότητας των υπόγειων υδάτων στις περισσότερες κατοικημένες περιοχές. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων σε διάφορα στάδια κατέδειξε ότι η ένταξη της Τηλεπισκόπησης και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών GIS είναι αποτελεσματικά εργαλεία για την προετοιμασία των διαφόρων ψηφιακών θεματικών επιπέδων και χαρτών χωρικής κατανομής των διαφόρων παραμέτρων της ποιότητας του νερού. Η υπέρθεση των χωρικών χαρτών ποιότητας νερού με δορυφορικές απεικονίσεις είναι μία ακριβής μέθοδος για τον προσδιορισμό της ποιότητας του νερού και τα προβλήματα που συσχετίζονται με τη χρήση της γης ώστε να ερμηνεύσουν τους λόγους για την υποβάθμιση της ποιότητας του περιβάλλοντος.
Βιβλιογραφία
1. Gyananath, G.; Islam, S.R.; Shewdikar, S.V.
Assessment of Environmental Parameter on ground
water quality. Indian Journal of Environmental
Protection. 2001, 21, 289-294.
2. Directorate of Census Operations. District Census Handbook of Hyderabad, 1991, Andhra Pradesh, Census of India.
3. Skidmore, A.K.; Witske Bijer; Karin Schmidt; Lalit Kumar, K. Use of Remote sensing and GIS for sustainable land management. ITC Journal. 1997, 3 (4), 302-315.
4. Ferry Ledi Tjandra; Akihiko Kondhoh; Mohammed Aslam M.A. A Conceptual Database Design For Hydrology Using GIS. Proceedings of Asia Pacific Association of Hydrology and Water Resources. March 2003, 13-15, Kyoto, Japan.
5. APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 20th edition, American Public Health Association, Washington, DC, New York, USA, 1998.
6. Collet, C.: Geographic Information System Needs and Software. Kluwer Academic Publishers, Boston, USA, 1996.
7. Mudassar Hassan Arsalan. A GIS appraisal of Heavy metals concentration in Soil. GIS @ Development. Published by the American Society of Civil Engineers, 345 East 47 Street: New York 10017- 2398, 2004, 8(4).
8. Abassi, S. A.: Water Quality Indices, State-of-the art. J.IPHE. 1999, No.1.
9. Pradhan, S. K.; Dipika Patnaik; Rout, S. P.: Water quality index for the ground water in and around a phosphatic fertilizer plant. Indian. Journal of Environmental Protection. 2001, 21, 355-358.
10. Mahuya Das Gupta Adak; Purohit, K. M.; Jayita Datta.: Assessment of drinking water quality of river Brahmani. Indian Journal of Environmental Protection. 2001, 8(3), 285-291.
11. Tiwari, T. N.; Mishra, M.: Indian Journal of Environmental Protection, 1985, Vol-5, No. 4, 276-279.
12. Krishna, N. D. R.; Maji, A. K.; Krishna, Y. V. N.; Rao, B. P. S.: Remote sensing and Geographical Information System for canopy cover mapping. Journal of Indian Society of Remote sensing. 2001, 29(3), 108-113.
13. Kurian Joseph.: An integrated approach for management of Total Dissolved Solids in reactive dyeing effluents. Proceedings of International Conference on Industrial Pollution and Control Technologies, Hyderabad, 2001.
14. Deepanjan Majumdar; Navindu Gupta. Nitrate Pollution of Groundwater And Associated Human Health Disorders. Indian J. Environ Health. 2000, Vol.42, No.1, 28 –39.
15. David Keith Todd, Ground Water Hydrology. John Wiley and Sons: New York, U.S.A. 1980.
16. Sax N Irving, Industrial Pollution, Van Nostrand Treinhold Company, New York, 1974.
17. WHO Fluorine and Fluorides. Environmental Health Criteria. World Health Organization. Geneva. 1984.
18. Das Gupta, M.; Purohit, K.M.; Jayita Datta. Assessment of drinking water quality of river Brahmani. Journal of Environment and Pollution. 2001, 8, 285-291.
19. Srivastava, A. K.; Sinha, D. K. Water Quality Index for river Sai at Rae Bareli for the pre-monsoon period and after the onset of monsoon. Indian Journal of Environmental Protection. 1994, 14, 340-345.
