Large-Scale Flood Hazard Monitoring and Impact Assessment on Landscape: Representative Case Study in India
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Large-Scale Flood Hazard Monitoring and Impact Assessment on Landscape: Representative Case Study in India
Συγγραφείς: Bijay Halder, Subhadip Barman, Papiya Banik, Puja Das, Jatisankar Bandyopadhyay, Fredolin Tangang, Shamsuddin Shahid, Chaitanya B. Pande, Baqer Al-Ramadan, Zaher Mundher Yaseen
Δημοσιεύθηκε: Sustainability 2023, 15(14), 11413; https://doi.org/10.3390/su151411413
Λέξεις κλειδιά: Πλημμύρα Assam, υποβάθμιση βλάστησης, εκτίμηση κινδύνου, Google Earth Engine, Δεδομένα SAR Sentinel-1
Αντικείμενο εφαρμογής: Something
1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ
Οι πλημμύρες αποτελούν από τις πιο σημαντικές φυσικές καταστροφές παγκοσμίως, προκαλώντας εκτεταμένες ζημιές σε περιουσίες και αφαιρώντας πολλές ανθρώπινες ζωές, επιφέροντας σημαντικές γεωμορφολογικές αλλαγές στο έδαφος. Η Ινδία, ως μία από τις πιο ευάλωτες σε καταστροφές χώρες, βιώνει κάθε χρόνο πληθώρα περιβαλλοντικών καταστροφών, με τις πλημμύρες να αποτελούν την πιο συχνή και επικίνδυνη φυσική καταστροφή. Ερευνητικά στοιχεία υποδεικνύουν ότι οι πλημμύρες αποτέλεσαν τις πιο θανατηφόρες φυσικές καταστροφές μεταξύ του 1995 και του 2015, επηρεάζοντας πάνω από 2,3 δισεκατομμύρια ανθρώπους και προκαλώντας τουλάχιστον 157.000 καταγεγραμμένους θανάτους παγκοσμίως.
Ο ποταμός Brahmaputra και οι παραπόταμοί του, που χαρακτηρίζεται από μεγάλο βάθος και φέρουσα ικανότητα, αποτελεί σημαντικό κίνδυνο πλημμύρας, ιδίως στις περιοχές Mymensingh και Jamalpur. Οι πλημμύρες στην Ινδία συμβαίνουν κυρίως κατά τη διάρκεια της εποχής των νοτιοδυτικών μουσώνων, επηρεάζοντας εκατομμύρια εκτάρια γης και εκτοπίζοντας μεγάλους πληθυσμούς. Οι πιο ευάλωτες πολιτείες στις πλημμύρες είναι η Uttar Pradesh, η Assam, η Bihar και η Δυτική Βεγγάλη, με τις λεκάνες απορροής των ποταμών Ganga και Brahmaputra να αντιμετωπίζουν σοβαρούς κινδύνους. Η βορειοανατολική περιοχή της Ινδίας, συμπεριλαμβανομένης της Assam, βιώνει συχνά φυσικές καταστροφές, ιδιαίτερα πλημμύρες. Η Assam, ειδικότερα, αντιμετωπίζει σημαντικές ζημιές στις περιουσίες των κατοίκων της και προκαλείται κοινωνική αναστάτωση λόγω των ετήσιων πλημμυρών, επηρεάζοντας χώρους όπως τα εθνικά πάρκα Kaziranga και Pobitora. Οι πλημμύρες λαμβάνουν χώρα ιδίως κατά την εποχή των Μουσώνων και προκαλούνται από τις έντονες βροχοπτώσεις και τις συγκεκριμένες γεωκλιματικές συνθήκες που επικρατούν κατά την εποχή των Μουσώνων
Η παρούσα μελέτη έχει ως στόχο να αξιολογήσει τις επιπτώσεις των πλημμυρών του 2022 στην Assam σχετικά με τη χρήση της γης, την επικάλυψη της γης, τις περιοχές πλημμυρών και τις αποψιλωμένες περιοχές, χρησιμοποιώντας δεδομένα από τον Sentinel-1 C band SAR και το Google Earth Engine (GEE). Η ανάλυση επικεντρώνεται στην ακριβή μέτρηση των εκτάσεων πλημμύρας και την αναγνώριση περιοχών με ζημιές στη βλάστηση, παρέχοντας κρίσιμες εισηγήσεις για την παρακολούθηση του κινδύνου πλημμύρας και την αξιολόγηση της υγείας της βλάστησης κατά τη διάρκεια των πλημμυρών.
Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα υψηλής ανάλυσης SAR μικροκυμάτων για τη χαρτογράφηση των κινδύνων πλημμύρας και την αξιολόγηση της υγείας της βλάστησης, που είναι ζωτικής σημασίας για τη διαχείριση καταστροφών και τις προσπάθειες περιβαλλοντικής προστασίας.
Τα ευρήματα αυτής της μελέτης προσφέρουν πολύτιμες εισηγήσεις σχετικά με τις επιπτώσεις των πλημμυρών του 2022 στη χρήση γης, τις περιοχές πλημμύρας και τις ζημιές στη βλάστηση. Αυτά μπορούν να καθοδηγήσουν τους εκάστοτε υπευθύνους, διοικητές, ερευνητές και τμήματα διαχείρισης στην υλοποίηση μέτρων για τη μείωση των κινδύνων πλημμύρας και την προστασία των δασών, συμβάλλοντας τελικά στην πρόληψη και τελικά στην προστασία του περιβάλλοντος και ανθρώπινων ζωών.
2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ
Η Assam, που βρίσκεται στη βορειοανατολική Ινδία, είναι η πιο πυκνοκατοικημένη και δεύτερη μεγαλύτερη πολιτεία της χώρας. Έχει μεγάλη σημασία γεωγραφικά, δημογραφικά, πολιτιστικά και περιβαλλοντικά. Γεωγραφικά, η Assam καλύπτει μια έκταση 78.438 τ.χλμ (Εικόνα 1). Η πολιτεία συνορεύει με διάφορες γειτονικές περιοχές και χώρες, συμπεριλαμβανομένης της Δυτικής Βεγγάλης στα δυτικά, της Μεγαλάγιας, της Τριπούρας, το Μιζοράμ και το Μπανγκλαντές στα νότια, το Μπουτάν και το Αρουνατσαλ Πραντές στα βόρεια και το Ναγκαλάντ και το Μανιπούρ στα ανατολικά. Το δέλτα του ποταμού Γκάγκα-Μπραχμαπούτρα-Μεγνα, γνωστό για τη γόνιμη γη και τη βλάστησή του, παίζει έναν κρίσιμο ρόλο στην περιοχή. Ωστόσο, η Assam είναι ευάλωτη σε διάφορες φυσικές καταστροφές, ιδίως πλημμύρες, λόγω της θέσης της εντός της λεκάνης απορροής του ποταμού Μπραχμαπούτρα και της επίδρασης των πολλών παραποτάμων του. Το κλίμα της περιοχής είναι ιδίως τροπικός μουσώνας, με έντονες βροχοπτώσεις και υγρασία. Από την απογραφή πληθυσμού του 2011 προκύπτει ότι ο πληθυσμός της περιοχής αποτελεί το 2,58% του πληθυσμού της Ινδίας (31.205.576), ο οποίος αποτελείται από ποικιλία εθνοτικών πολιτισμών, συμπεριλαμβανομένων των Boro, Deori, Rava, Karbi, Assamese, Bengali, Ahom και Rajbanshi.
Αιτίες των Πλημμύρων στην Assam
Η Assam αντιμετωπίζει κάθε χρόνο σοβαρές ζημιές από πλημμύρες, κυρίως λόγω των έντονων βροχοπτώσεων κατά τη διάρκεια της εποχής των μουσώνων. Το κοιλάδα του Μπραχμαπούτρα λαμβάνει σημαντική ετήσια βροχόπτωση, με την πολιτεία να εμπειρίζεται πραγματικές βροχοπτώσεις υπερβαίνοντας τα κανονικά επίπεδα σε ορισμένα έτη. Οι παράγοντες που συντελούν στις πλημμύρες περιλαμβάνουν τη συμφόρηση της αποστράγγισης, την κατάληψη των ποταμίσκων περιοχών, την υψηλή πυκνότητα πληθυσμού, την τεκτονική δραστηριότητα και την υποβάθμιση του δάσους. Η συμφόρηση της αποστράγγισης οδηγεί σε αντίστροφη ροή και συμφόρηση κοντά στις εκβολές. Η κατάληψη ποταμίσκων περιοχών και η αύξηση του πληθυσμού επιδεινώνουν τους κινδύνους πλημμύρας. Η τεκτονική δραστηριότητα και η υποβάθμιση του δάσους συμβάλλουν στην ερείπωση του εδάφους και την αύξηση του σεντιμέντου στα ποτάμια, ανεβάζοντας τα επίπεδα τους [25,32].
Ιστορία Πλημμύρων της Assam
Η πολιτεία της Assam έχει ιστορία συχνών και σοβαρών πλημμυρών, με σημαντικές ζημιές να παρατηρούνται τα τελευταία χρόνια. Κάποιες από τις σημαντικότερες συνέβησαν τα έτη 1954, 1966, 1972, 1975, 1978, 1983, 1986, 1996, 1998, 2000, 2002, 2012 και 2014. Το μέγεθοε των καταστροφών είναι τεράστιο. Ενδεικτικά το 2022 οι πλημμύρες στις περιοχές Lakhimpur, Karimganj και Kokrajhar εξανάγκασαν σε μετεγκατάσταση περισσότερους από 1,7 εκατομμύρια ανθρώπους και επηρέασαν περίπου 2450 χωριά. Περισσότερο από το 40% της κοιλάδας του Brahmaputra είναι ευάλωτο σε πλημμύρες. Αξίζει να σημειωθεί ότι οι πλημμύρες του 2020 συνέπεσαν με την πανδημία COVID-19, επιδεινώνοντας τις προκλήσεις που αντιμετώπιζαν οι επηρεαζόμενες κοινότητες.
3. ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Δεδομένα και Λογισμικό
Χρησιμοποιήθηκαν πολυ-ημερομηνιακές εικόνες Sentinel-1 SAR C band GRD για τον υπολογισμό της υποβάθμισης της βλάστησης και των πλημμυρών κατά την πρόσφατη πλημμύρα της Assam τον Μάιο του 2022. Τα δεδομένα του Sentinel-1 SAR χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση της έκτασης πλημμύρας και του αντίκτυπου στη βλάστηση σε διάφορες περιοχές της Assam. Η ανάλυση αυτή πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας την πλατφόρμα Google Earth Engine (GEE) βασισμένη σε cloud για τη δημιουργία των χαρτών πλημμυρών και την αξιολόγηση του αντίκτυπου στη βλάστηση. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν εικόνες πολυφασματικών αισθητήρων Sentinel-2 της ESRI με ανάλυση 10 m για την αξιολόγηση της επίδρασης στο τοπίο. Τέλος, διατέθηκαν στοιχεία χρήσης γης και κάλυψης γης από τις εικόνες του Sentinel-2 της ESRI με ανάλυση 10 m.
Ταξινόμηση Εικόνων
Οι εικόνες ταξινομήθηκαν χρησιμοποιώντας τεχνικές επιβλεπόμενης ταξινόμησης στην πλατφόρμα GEE, χρησιμοποιώντας τις φασματικές υπογραφές διαφορετικών χαρακτηριστικών κάλυψης γης. Καθορίστηκαν έξι κατηγορίες κάλυψης γης και χρήσης γης για την πολιτεία της Assam που περιλαμβάνουν περιοχές κατοικημένες, υδάτινους χώρους, δέντρα, γυμνό έδαφος, πλημμυρισμένες περιοχές με βλάστηση και αγροτικές εκτάσεις.
Προ-επεξεργασία Δεδομένων SAR και Πλατφόρμα GEE
Η πλατφόρμα GEE χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της έκτασης της πλημμύρας και της υποβάθμισης της βλάστησης που προκάλεσε η πλημμύρα του 2022 στην Assam. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα Sentinel-1 προσέγγισης Interferometric Wide Wide (IW) με pixel 10 m και πλάτος ζώνης 250 χλμ. Τα δεδομένα Sentinel-1 παρείχαν πληροφορίες για την έκταση της πλημμύρας, την κάλυψη δάσους, τις αγροτικές περιοχές και την παραμόρφωση της γης. Τα δεδομένα SAR υποβλήθηκαν σε προ-επεξεργασία, συμπεριλαμβανομένης της εφαρμογής αρχείων τροχιάς, της αφαίρεσης θερμικού θορύβου, της ραδιομετρικής βαθμονόμησης, της ατμοσφαιρικής διόρθωσης και της διόρθωσης εδάφους Doppler.
Εκτίμηση MNDWI
Η τροποποιημένη έκδοση του NDWI (Δείκτης Κανονικοποιημένης Διαφοράς Νερού) χρησιμοποιήθηκε για την καθορισμό των υδάτινων περιοχών. Χρησιμοποιήθηκε η εξίσωση MNDWI=(Πράσινο − SWIR 1 )/( Πράσινο = SWIR 1) για τη διεξαγωγή της έρευνας MNDWI. Ο «raster calculator» της ArcGIS έκδοσης 10.8 χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της έκτασης της κατάδυσης από πλημμύρες.
Εκτίμηση Πλημμύρας και Υποβάθμισης της Βλάστησης
Η μελέτη χρησιμοποίησε τους αλγορίθμους Random Forest (RF) και Classification and Regression Trees (CART) εντός της πλατφόρμας Google Earth Engine (GEE) για τον προσδιορισμό των περιοχών όπου φάνηκε μείωση της βλάστησης και για υπολογισμο του ορίου των πλημμυρών. Επιπλέον, τα datasets Sentinel-1 Level 1 GRD χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση της υποβάθμισης της βλάστησης στην πολιτεία της Assam.
Έρευνα Επηρεαζόμενης Περιοχής LULC
Η ταξινόμηση LULC χρησιμοποίησε δεδομένα Sentinel-2 10 m. Ο υπολογισμός των πληγεισών εκτάσεων έγινε χρησιμοποιώντας τεχνικές επικάλυψης και ένωσης/τομής. Οι πληγείσες εκτάσεις υπολογίστηκαν σε επίπεδο περιφέρειας επικαλύπτοντας τις κατηγορίες LULC με τις πλημμυρισμένες περιοχές, ενώ φάνηκε να επηρεάζεται έντονα η βλάστηση, οι καλλιέργειες και οι δομημένες περιοχές.
4. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ
.Φάνηκε ότι οι ξαφνικές πλημμύρες που προέρχονται από γειτονικές περιοχές επιδείνωσαν την κατάσταση πλημμύρων στην Assam. Τον Ιούνιο του 2022, παρατηρήθηκαν εξαιρετικά έντονες πλημμύρες λόγω βροχοπτώσεων σε αυτές τις περιοχές, με αποτέλεσμα πολλούς νεκρούς και εκτεταμένες ζημιές. Οι κατολισθήσεις που ανέτρεψαν βαγόνια τρένου στο σιδηροδρομικό σταθμό Νέας Χάφλονγκ στην περιοχή Ντίμα Χασάο, τονίζοντας το βαθμό σοβαρότητας των πλημμυρών στην Assam. Αυτά τα γεγονότα αναδεικνύουν την σχέση μεταξύ της εποχής των μουσώνων και των πλημμυρών, τονίζοντας τη σημασία της κατανόησης αυτής της σύνδεσης για την αξιολόγηση του κινδύνου καταστροφών, τον σχεδιασμό και τη λήψη αποφάσεων από τις αρχές, καθώς και για την λήψη προληπτικών μέτρων, την ευαισθητοποίηση, την ανάπτυξη στρατηγικών προσαρμογής και τον καθορισμό πολιτικών.
Πλημμύρες και Αναγνώριση Απoδασωμένης Γης
Η πλημμύρα του 2022 στην Assam επέφερε μεγάλης κλίμακας καταστροφές, κατευθύνοντας την παρούσα μελέτη στην αναγνώριση των πληγεισών περιοχών πολιτεία της Assam (Εικόνα 2). Ο δείκτης MNDWI χρησιμοποιήθηκε για την οριοθέτηση των υδάτινων περιοχών και αναδεικνύει τις περιοχές με υψηλή στάθμη νερού. Η έρευνα επικεντρώθηκε στο Dispur, την πρωτεύουσα της πόλης, για τον εντοπισμό των τοποθεσιών με νερό. Επιπλέον, εντοπίστηκαν περιοχές που πλημμύρισαν σε διάφορες επαρχίες.
Επίσης, εντοπίστηκαν πληγείσες περιοχές, κυρίως στα νότια, βορειοανατολικά, δυτικά και κεντρικά τμήματα της Assam (Εικόνα 3). Η ανάλυση αποκάλυψε σημαντική εκτρωμένη έκταση σε επαρχίες όπως η Κοκρατζάρ, η Τινσουκία και η Λαχίμπουρ.
Επηρεασμένες Περιοχές LULC
Η αναγνώριση των περιοχών που επηρεάζονται από την αλλαγή χρήσης της γης και την κάλυψη της γης (LULC) είναι κρίσιμη για τις μελέτες των πλημμυρών, καθώς οι γεωργικές εκτάσεις, τα δέντρα και οι οικισμοί είναι ιδιαίτερα ευάλωτα. Χρησιμοποιώντας την τεχνική επικάλυψης, καθορίστηκε το μέγεθος των επηρεασμένων περιοχών LULC σε διάφορες επαρχίες (Εικόνα 4).
Η ανάλυση έδειξε εκτεταμένη επίδραση στις γεωργικές εκτάσεις, με κάποιες επαρχίες να εμφανίζουν μεγάλες καταστροφές (Εικόνα 5).
Αντίστοιχα, κτισμένες περιοχές σε διάφορες επαρχίες αντιμετώπισαν σοβαρές ζημιές. Αυτά τα ευρήματα υπογραμμίζουν την ανάγκη για κατάλληλο σχεδιασμό, διαχείριση και στρατηγικές προσαρμογής για τη μείωση των οικονομικών και ανθρώπινων απωλειών που προκαλούνται από πλημμύρες. Επιπλέον, μία αειφόρος διαχείριση κινδύνων από πλημμύρες είναι απαραίτητη για τη μείωση των κινδύνων και τη βελτίωση των προσπαθειών διαχείρισης καταστροφών στο μέλλον.
5. ΣΥΖΗΤΗΣΗ & ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Το πρόβλημα των πλημμυρών στην Assam είναι ιδιαίτερα σοβαρό και ιδιαίτερο λόγω του μεγέθους, της διάρκειας των πλημμυρών, του αριθμού νεκρών και πληγέντων και του όγκου της διάβρωσης, ενώ έχουν σημαντικές επιπτώσεις και στη φτώχεια, το περιβάλλον και τη γεωργία. Η συνολική πλημμυρισμένη περιοχή της χώρας ανέρχεται περίπου στο 10,2% των συνολικών τμημάτων της. Αντίθετα, οι πλημμυρισμένες περιοχές της Assam ανέρχονται στο 39,58% των συνολικών της τμημάτων. Η χαρτογράφηση και παρακολούθηση των πλημμυρισμένων εκτάσεων είναι σημαντική για σχετικό μελλοντικό σχεδιασμό και διαχείριση. Μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να εστιάσουν στην ανάλυση των πλημμυρών, της διάβρωσης του εδάφους και των περιοχών ευαίσθητες στις πλημμύρες για τη βελτίωση της διαχείρισης καταστροφών και των πολιτικών λήψης αποφάσεων.
