Χρήστης:Kaxri17a
Από RemoteSensing Wiki
Αντικείμενο Εφαρμογής: Μελέτη της σχέσης μεταξύ αστικοποίησης και υδρολογικών διεργασιών με χρήση δορυφορικών απεικονίσεων
Πρωτότυπος Τίτλος: 'Increase of Flood Risk due to Urbanisation: A Canadian Example'
Συγγραφείς: Ν.NIRUPAMA (1), and SLOBODAN P. SIMONOVIC (2)
(1) Emergency Management, Atkinson Faculty of Liberal & Professional Studies, York University, Toronto, M3J 1P3, Ontario, Canada; 2Department of Civil and Environmental Engineering,
(2)Institute for Catastrophic Loss Reduction, University of Western Ontario, London, N6A 5B9, Ontario, Canada
Πηγή: Springer , Natural Hazards (2007) 40:25–41 [1]
Λέξεις Κλειδιά: Πλημμυρικός κίνδυνος , Τηλεπισκόπηση, Αστικοποίηση, Διαχείριση πλημμύρας, Φράγμα ποταμού Τάμεση
Περίληψη: Υπάρχει μια αυξανόμενη ανησυχία για την ετοιμότητα των αστικών περιοχών για περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης και φυσικών καταστροφών που αυξάνουν τον κίνδυνο πλημμύρας. Η παρούσα μελέτη αφορά αυτόν τον κίνδυνο για την πόλη του Λονδίνου στην επαρχία Οντάριο του Καναδά. Έχει αποδειχθεί ότι μεταξύ του 1974 και του 2000 υπάρχει μια μεγάλη άνοδος του πλημμυρικού κινδύνου λόγω της έντονης αστικοποίησης του υδροκρίτη του ποταμού Τάμεση, η οποία αποτελεί μέρος του Λονδίνου. Δημιουργήθηκαν βάσεις δεδομένων χρησιμοποιώντας δορυφορική τηλεπισκόπηση για την ταξινόμηση των χρήσεων γης, και αυτές οι πληροφορίες συνδυάστηκαν με μετεωρολογικά και υδρολογικά δεδομένα και αναλύθηκαν για μια ποσοτική εκτίμηση του δυνητικού κινδύνου πλημμύρας.
Εισαγωγή: Ο στόχος της μελέτης είναι να δείξει ότι η προοδευτική αύξηση της αστικοποίησης αυξάνει σημαντικά τον πλημμυρικό κίνδυνο, χρησιμοποιώντας την πόλη του Λονδίνου ως παράδειγμα. Η υδροκριτική γραμμή του Άνω Τάμεση(UTRW)(Εικόνα 1) αντιμετωπίζει πληθυσμό-μεταναστευτικές τάσεις που είναι παρόμοιες με την πόλη του Τορόντο, η οποία αντιμετωπίζει ήδη αυξημένο κίνδυνο πλημμύρας λόγω της αστικοποίησης. Αυτή η μελέτη παρουσιάζει τη διαδικασία δημιουργίας μιας σχέσης μεταξύ μιας αδιαπέραστης περιοχής και ενός ποταμού που τη διαρρέει, με χρήση τηλεπισκοπικών απεικονίσεων και αναλύοντας μετεωρολογικά και υδρολογικά δεδομένα. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έχουν άμεση εφαρμογή σε πολιτικές σχεδιασμού και εξισορρόπησης των επιπτώσεων της αστικοποίησης.
Η πόλη του Λονδίνου έχει πληθυσμό άνω των 330.000 κατοίκων. Από το 1800 που ιδρύθηκε υπήρξαν επαναλαμβανόμενα γεγονότα πλημμύρας που οδήγησαν σε ένα επίσημο σχέδιο αναχωμάτων που αναφέρεται ως το Σύστημα Αναχωμάτων του Δυτικού Λονδίνου (WLDS). Σήμερα, υπάρχουν επτά περιοχές στην πόλη του Λονδίνου όπου έχουν δημιουργηθεί αναχώματα. Τα WLDS παρέχουν κάποια σχετική προστασία σε ένα σημαντικό αριθμό δομών στην πόλη (περίπου 1200).
Ο υδροκρίτης του ποταμού Τάμεση είναι 5825 τ. χλμ. και χωρίζεται σε τρείς περιοχές: Νότιος Τάμεσης με μήκος 86 χλμ., Βόρειος Τάμεσης με μήκος 77 χλμ., και ποταμός Τάμεσης με μήκος 187 χλμ.. Το υψηλότερο σημείο της λεκάνης απορροής είναι 420μ. και ο συνολικός πληθυσμό της είναι 532.000 κάτοικοι. Ο πρωταρχικός στόχος της μελέτης είναι να προσδιοριστεί ποσοτικά ο κίνδυνος πλημμύρας λόγω της συνεχώς αυξανόμενης αστικοποίησης.
Ο στόχος της παρούσας μελέτης είναι να προσδιοριστεί η SHI του Ρότερνταμ και να συσχετιστεί με τα χαρακτηριστικά της αστικής επιφάνειας. Η μελέτη αποτελεί μέρος ενός μεγάλου ερευνητικού προγράμματος (Dutch National Research Programme Knowledge for Climate), στο οποίο ερευνάται το φαινόμενο της Θερμικής Νησίδας του Ρότερνταμ και ο αντίκτυπός του στη θερμική καταπόνηση της πόλης.
Η Περιοχή μελέτης: Ο ποταμός του Άνω Τάμεση είναι ο δεύτερος μεγαλύτερος στο νοτιοδυτικό Οντάριο στον Καναδά. Η συνολική έκταση της υδροκριτικής του γραμμής είναι 3482 km², το μήκος της είναι 200 km και καλύπτει τις βόρειες και νότιες διακλαδώσεις του ποταμού Τάμεση. Είναι κυρίως αγροτική περιοχή εκτός από τα μεγαλύτερα αστικά κέντρα του Λονδίνου, του Stratford και του Woodstock και έχει πληθυσμό άνω των 400.000 κατοίκων. Ο ποταμός Τάμεσης επηρεάζεται πολύ από τις κλιματικές αλλαγές στην περιοχή. Η κατακρήμνιση, ή η έλλειψη της, μπορεί γρήγορα να προκαλέσει ικανές συνθήκες αλλαγής στην λεκάνη απορροής του ποταμού. Ο ρυθμός απορροής στους δύο κλάδους του ποταμού είναι πολύ υψηλός και πλημμύρες μπορεί να συμβούν οποιαδήποτε στιγμή του έτους, αλλά οι πλημμύρες που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια της άνοιξης είναι οι συχνότερες και οι πιο σοβαρές.
Υπάρχουν 20 υπο-υδροκρίτες και 26 υδρολογικοί σταθμοί παρατήρησης, από τους οποίους περίπου οι 10 είναι στον ποταμό Τάμεση ή κοντά του. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιούνται μετρήσεις στον Thorndale (ανάντη σημείο εισόδου) και στον Byron (κατάντη σημείο εξόδου). Οι ροές στο Thorndale χρησιμοποιούνται για την ανάλυση των παρατηρούμενων χρονοσειρών ροής ποταμών. Ο σταθμός Byron που βρίσκεται νότια του Λονδίνου μπορεί να ληφθεί ως σημείο εξόδου για ολόκληρη την λεκάνη απορροής. Χρησιμοποιήθηκε μόνο η χρονοσειρά των συνολικών βροχοπτώσεων στο Λονδίνο αφού η επίδραση της αστικοποίησης στο Λονδίνο είναι ο κύριος στόχος της μελέτης.
Μεθοδολογία
Η μελέτη αυτή περιλαμβάνει τα ακόλουθα βήματα :
- Ταξινόμηση της χρήσης της γης από τις δορυφορικές απεικονίσεις
- Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης
- Ανάλυση υδρολογικών δεδομένων
- Συνδυασμός εικόνων τηλεπισκόπησης και δεδομένων υδρολογικής ανάλυσης
Από τις απεικονίσεις φαίνεται ότι η αστικοποίηση πραγματοποιείται με ταχύ ρυθμό. Ο Πίνακας Ι απαριθμεί τα αποτελέσματα κατάταξης της χρήσης γης για τις τρεις απεικονίσεις (Εικόνες 2,3,4).Όπως είναι σαφές η αστική ανάπτυξη είναι τεράστια, με το 22,25% να αντιστοιχεί σε αστική περιοχή το 2000 σε σύγκριση με μόλις 10,07% το 1974.Υπάρχει επίσης πολύ σημαντική διαφορά στο ποσοστό των καλλιεργειών και των περιοχών πρασίνου. Το ποσοστό της αγρανάπαυσης ποικίλλει λόγω του διαφορετικό χρόνο απόκτησης εικόνας του LANDSAT 5 και 7.
Ταξινόμηση Χρήσεων Γης : Οι ανακλάσεις που μετρούνται από τους δορυφορικούς αισθητήρες εξαρτώνται από τα τοπικά χαρακτηριστικά της επιφάνειας της γης, τα οποία πρέπει να βρεθούν έτσι ώστε να εξαχθούν πληροφορίες από τα δεδομένα εικόνας. Χρησιμοποιώντας ένα λογισμικό επεξεργασίας εικόνας, οι δορυφορικές απεικονίσεις (διαφορετικών χρονικών περιόδων για την ίδια περιοχή) επεξεργάστηκαν και αναλύθηκαν. Για να γίνει αυτό, πρώτα από όλα, δημιουργήθηκαν οι φασματικές υπογραφές, που είναι στατιστικοί χαρακτηρισμοί κάθε κατηγορίας πληροφοριών (χρήση γης). Για την ταξινόμηση χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος μέγιστης πιθανοφάνειας , για να κατατάξει τις απεικονίσεις σε επτά κατηγορίες χρήσεων γης: δάση, σειρές καλλιεργειών και χορτάρι, χαμηλά σιτηρά ή χορτάρι, αγρανάπαυση, αστικές περιοχές / αστικά κέντρα, αγροτικές κατοικίες και ανοικτές υδάτινες επιφάνειες. Οι κατηγορίες χρήσης γης συμπίπτουν με αυτές της Αρχής Διατήρησης του Ποταμού Άνω Τάμεση (UTRCA), σύμφωνα με τον χάρτη χρήσης γης της UTRCA του 1983.
Ανάλυση Δεδομένων Τηλεπισκόπησης : Χρησιμοποιήθηκαν τρεις απεικονίσεις δορυφόρων LANDSAT που καλύπτουν τον ποταμό Άνω Τάμεση από το 1974 έως το 2000,LANDSAT-1 MSS της 7ης Ιουλίου 1974, LANDSAT-5 ΤΜ της 23ης Ιουλίου 1990 και του LANDSAT 7 ETM + της 30ης Οκτωβρίου 2000. Για να διακρίνονται οι λεπτομέρειες στις δορυφορικές απεικονίσεις με μεγαλύτερη σαφήνεια, ενώ η εικόνα MSS του LANDSAT-1 μετατράπηκε με σύνθεση των καναλιών 2 (0.6-0,7 lm), 3 (0,7-0,8 lm) και 4 (0,8-1,1 lm), η εικόνα LANDSAT-5 μετατράπηκε με σύνθεση των 3 (0.63-0.69 lm), 4 (0.76-0.9lm) και 5 (1,55-1,75 lm) και η εικόνα ΕΤΜ του LANDSAT-7 με σύνθεση των 3 (0,63-0,69 lm), 4 (0,76-0,9 lm) και 5 (1,55-1,75 lm). Η φασματική ανάλυση της εικόνας LANDSAT-1 MSS είναι 80 m και αυτή των εικόνων LANDSAT-5TM και 7 ETM είναι 30 m. Επομένως, οι διάφορες κατηγορίες χρήσης γης είναι πιο ορατές στις απεικονίσεις των LANDSAT-5 και 7 σε σύγκριση με την εικόνα του LANDSAT-1.
Ανάλυση Υδρολογικών Δεδομένων Για την κατασκευή της χρονοσειράς των ημερήσιων ροών του ποταμού επιλέχθηκαν ένας σταθμός μέτρησης υδρολογικών δεδομένων, που αντιπροσωπεύει την είσοδο (Thorndale), και ένας άλλος για την έξοδο της περιοχής μελέτης (Byron). Ομοίως, επιλέχθηκε ένας σταθμός για τις μετεωρολογικές μετρήσεις ( συνολικές ημερήσιες κατακρημνίσεις). Οι τρεις χρονοσειρές σχεδιάστηκαν μαζί για να βρεθούν τα πρότυπα μέγιστης ροής καθώς και το χρόνο μέχρι να φθάσει το μέγιστο στα σημεία εισόδου και εξόδου της περιοχής. Έτσι, η διαφορά στις μέγιστες ροές στους σταθμούς εισόδου και εξόδου δίνει μια ιδέα για το πως επηρεάζει η αστικοποίηση την ροή, αφού ο σταθμός εισόδου βρίσκεται στην πόλη στην ανάντη και σταθμός εξόδου βρίσκεται ακριβώς έξω από την πόλη στην κατάντη. Μια αυξημένη αστική περιοχή σημαίνει αυξημένη αδιαπέραστη περιοχή και μειωμένο χρόνο μέχρι τη μέτρηση του μεγίστου ροής καθώς και τη μείωση παρείσφρησης της ροής.
Οι μετρήσεις σχεδιάστηκαν για να απεικονίσουν την πραγματική τάση μεταβολής της μέγιστης ροής κατά τα έτη 1970 έως 1997. Οι διαφορές στις μέγιστες ροές μεταξύ Thorndale και Byron, όταν σχεδιάζονται μαζί, παρουσιάζουν ένα ποικιλόμορφο πρότυπο τα τελευταία χρόνια. Από την ανάλυση των γραφημάτων, μπορεί να συναχθεί ότι η αύξηση στην αδιαπέραστη περιοχή ενισχύει τις ροές των ποταμών.
Συνδυασμός εικόνων τηλεπισκόπησης και ανάλυσης υδρολογικών δεδομένων: Οι απεικονίσεις τηλεπισκόπησης έδωσαν μια ένδειξη ότι υπήρξε σημαντική αύξηση της αστικής εξάπλωσης τις τελευταίες τρεις δεκαετίες. Επειδή η χρήση γης ποικίλλει για κάθε δεδομένη χρονιά τα δάση, οι σειρές καλλιεργειών και χορτάρι, τα χαμηλά σιτηρά ή χορτάρι και η αγρανάπαυση εμπίπτουν σε μία κατηγορία. Από τον Πίνακα 1 προκύπτει ότι η μεταβολή αυτής της κατηγορίας μειώθηκε κατά 10% σε περίοδο δυόμιση δεκαετιών. Από τα υδρολογικά δεδομένα, μπορεί να φανεί ότι ενώ το 1970 μια συνολική κατακρήμνιση περίπου 400mm οδήγησε σε ροή αιχμής 350m³/s, το 1997 περίπου 200mm της συνολικής κατακρημνίσεως προκάλεσαν περισσότερο από 800m³/s ροής στο σταθμό του Byron (σημείο εξόδου). Η τάση είναι παρόμοια για όλα τα έτη, έτσι μπορεί να συναχθεί ότι η αύξηση στην αδιαπέραστη περιοχή ενισχύει τις ροές των ποταμών.
Συζήτηση Αποτελεσμάτων και Παρατηρήσεις : Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 και στις Εικόνες 2, 3 και 4 δείχνουν ότι η αστική ανάπτυξη που πραγματοποιήθηκε στον υδροκρίτη αυτές τις τρεις δεκαετίες είναι τεράστια. Η ενοποιημένη κατηγορία χρήσης γης που περιγράφηκε παραπάνω έχει φτάσει από 83% το 1974 σε 73% το έτος 2000. Τα δάση είναι που μειώνονται συνεχώς με ανησυχητικό ρυθμό , αντιστοιχώντας σε μόλις 13,06% της περιοχής. Το ποσοστό των αγροτικών κατοικιών μειώνεται κατά τη διάρκεια των δεκαετιών, δείχνοντας ότι οι αγρότες έχουν στραφεί σε άλλα επαγγέλματα .Η περιοχή των υδάτων φαίνεται να μειώθηκε από το 3,65% το 1974 σε 2,73% το 2000. Σημαντικές περιοχές δάσους έχουν εξαφανισθεί λόγω της αστικής ανάπτυξης μέσα και γύρω από το Λονδίνο. H ενημέρωση των χρήσεων γης από νέες δορυφορικές απεικονίσεις κρίνεται ιδιαίτερα χρήσιμη για τον μελλοντικό σχεδιασμό της πόλης, ο οποίος θα πρέπει να στοχεύει στην μείωση της πιθανότητας εμφάνισης πλημμύρων.
