O Ρόλος των Δορυφορικών Αισθητήρων στην Εξερεύνηση Υπόγειων Νερών
Από RemoteSensing Wiki
O Ρόλος των Δορυφορικών Αισθητήρων στην Εξερεύνηση Υπόγειων Νερών
Saumitra Mukherjee
Διευθυντής Εργαστηρίου Εφαρμογών Τηλεπισκόπησης, Σχολή Περιβαλλοντικών Επιστημών Πανεπιστήμιο Jawaharlal Nehru, New Mehrauli Road, Νέο Δελχί-110067, Ινδία E-mail: dr.saumitramukherjee@usa.net
Πηγή: Sensors ISSN 1424-8220 © 2008 by MDPI www.mdpi.org/sensors, Sensors 2008, 8, 2006-2016.
Αντικείμενο Εφαρμογής: Τεχνική Υδρολογία
Σκοπός Εφαρμογής: Η χωρική καθώς επίσης και η φασματική διακριτική ικανότητα έχουν έναν πολύ σημαντικό ρόλο στη διαχείριση των υδάτινων πόρων. Ήταν μια πρόκληση για να εξερευνηθούν οι περιοχές συλλογής υπόγειων νερών και όμβριων υδάτων στην έκταση Precambrian του Δελχί στην Ινδία. Η χρήση μόνο των πανγχρωματικών στοιχείων του δορυφόρου IRS-1D με 5.8 m χωρική διακριτική ικανότητα έχουν τη δυνατότητα να βγουν συμπεράσματα για τα χαρακτηριστικά και τις πιθανές αστοχίες σε αυτήν την πετρώδη περιοχή. Είναι ουσιαστικό να προσδιοριστεί η θέση των διασυνδεμένων χαρακτηριστικών κάτω από τις θαμμένες πεδιάδες των βραχώδη περιοχών και για την εξερεύνηση των υπόγειων υδάτινων πόρων.
Εισαγωγή
Τα υψηλής ευκρίνειας δορυφορικά δεδομένα έχουν τη δυνατότητα να διερευνήσουν τις θαμμένες πεδιάδες και τις διασυνδεμένες ζώνες ρηγμάτων για την επιλογή θέσεων της εξερεύνησης υπόγειων νερών και των τεχνητών περιοχών επαναφορτίσεων. Τα στοιχεία των δορυφόρων IRS-1D PAN και LISS-ΙΙΙ έχουν την καλύτερη ικανότητα να συμπεράνουν αυτές τις περιοχές σε σύγκριση με τα στοιχεία των συστημάτων IRS-P6-AWIFS λόγω της περιορισμένης χωρικής και φασματικής διακριτικής ικανότητας (Εικόνα 1 και Εικόνα 2). Η εξαγωγή των υπόγειων νερών από μη-πιθανό υδροφόρο στρώμα μπορεί να οδηγήσει στην καθίζηση εδάφους και στην καταστροφή της βλάστησης στις περιβάλλουσες περιοχές. Για την επιλογή των τεχνητών περιοχών επαναφορτίσεων μελετήθηκε η εκτίμηση των τιμών της ακτινοβολίας στα εικονοστοιχεία στο φασματικό κανάλι του εγγύς υπέρυθρου του δορυφόρου IRS. Εξαιτίας της υψηλής επαναφόρτισης η εδαφολογική υγρασία ήταν λιγότερη καθώς επίσης και η βλάστηση. Τα χαρακτηριστικά σημεία περνούν μέσα από τα προτεινόμενα φράγματα ελέγχου, τα οποία επιλέχτηκαν βασισμένα στη χαμηλή φασματική ανάκλαση και τις χαμηλές μαγνητικές τιμές τους πέρα από τις συνηθισμένες (ferruginous quartzite), οι οποίες επικρατούν γεωλογικά στη περιοχή μελέτης. Το επίπεδο υπόγειων νερών υποβαθμίστηκε σε αυτήν την περιοχή, το οποίο αυξήθηκε μετά από την τεχνητή επαναφόρτιση. Τα είδη βλάστησης των συγκεκριμένων περιοχών αποκαθιστούν την οικολογική-συντήρηση στις περιοχές αυτές. (Εικόνα.4).
Λαμβάνοντας υπόψη την ίδια γεωλογική και φασματική ανάκλαση των δορυφορικών στοιχείων, η περιοχή JNU έχει επιλεχτεί ως περιοχή τύπων για την έρευνα στην κορυφογραμμή Aravalli. Η περιοχή μελέτης είναι έκτασης 2 χλμ. X 2.5 χλμ. που τοποθετείται σε έναν χαμηλό λόφο, βορειοδυτικά του Mehrauli και νοτιοδυτικά του Hauz Khas στο νότιο Δελχί στην Ινδία. Οι δορυφορικές πληροφορίες παρείχαν στοιχεία για τη χρήση του εδάφους, τους γεωλογικούς, υδρογεωμορφολογικούς σχηματισμούς καθώς και οικολογικές πληροφορίες. Τα δορυφορικά στοιχεία που καλύπτουν την περιοχή αναλύθηκαν ψηφιακά για να προετοιμάσουν έναν γεωμορφολογικό χάρτη σε κλίμακα1:50.000.
Μεθοδολογία
Γεωλογικές Μελέτες
Πραγματοποιήθηκαν γεωλογικές μελέτες με σιδηρούχα ή πυριτιούχα κοιτάσματα χαρακτήρα σε ζώνες με σχιστόλιθους, μαρμαρυγία, κόκκους και αργιλικό υλικό. Οι γεωλογικοί σχηματισμοί που εκτίθενται στο νότιο τμήμα της κορυφογραμμής ανήκει στην ομάδα Alwar του Δελχί. Πρόκειται κυρίως, για παχιά στρώματα, συμπαγή, με χρώματος γκρι χαλαζίτες με περιέχοντας δευτερεύοντες αργιλίτες.
Γεωλογική Σύνθεση Μέσω της Τηλεπισκόπησης
Τα χαρακτηριστικά των κορυφογραμμών στο Δελχί είχαν συναχθεί από τη χρήση δορυφορικών δεδομένων RESOURSESAT-1 (IRS-P6 και AWIFS δεδομένα) που δείχνουν ισχυρή τάση στις διευθύνσεις ΒΑ-ΝΔ και μόνο περαιτέρω η περιοχή μελετήθηκε με τη χρήση Παγχρωματικών δεδομένων IRS-1D και LISS-III που έδειξαν λεπτομερή χαρακτηριστικά που διαπερνούν το ιερό Asola Bhati, το γήπεδο J.N.U. καθώς και το νοσοκομείο RR και εκτείνεται μέχρι την πόλη Bahadurgarh στην Haryana (κοντά στα βορειοδυτικά του Δελχί). Τα Παγχρωματικά δεδομένα δείχνουν λεπτομερή σχέδια χρήσης της γης της περιοχής του Δελχί, τα οποία είναι χρήσιμα για τη διαχείριση των υδάτινων πόρων (Εικόνα.3). Επίσης έγιναν μετρήσεις που ελήφθησαν κατά μήκος αυτής της κορυφογραμμής, από τις οποίες προκύπτει προκύπτει ξαφνική μείωση στις μαγνητικές τιμές (η μέση τιμή μαγνητικής της περιοχής του Δελχί είναι 47.000 gammas). Οι υπόγειοι χάρτες επαναφόρτισης υδάτων στο συνόλο του Δελχί και συγκεκριμένα στην περιοχή της κορυφογραμμή έχουν παρασκευασθεί με χρήση πολλών αισθητήρων που χρησιμοποιούν δορυφορικά δεδομένα και γεωφυσικές έρευνες (Εικόνα. 5 και Εικόνα.6). Με βάση τις επί τόπου μαγνητικές τιμές μέσα και γύρω από την περιοχή του JNU δημιουργήθηκαν έντεκα προφίλ. Χάρτες ισοϋψών πραγματοποιήθηκαν κατά μήκος των προφίλ. Οι ισοϋψείς γραμμές καταρτίστηκαν στα δέκα διαστήματα της τιμής gammas. Χαμηλές μαγνητικές τιμές παρατηρήθηκαν στους σιδηρούχος χαλαζίτες. Η επιλογή των φραγμάτων ελέγχου έγινε βάσει των στοιχείων που προκύπτουν από μαγνητόμετρο παρουσιάζοντας χαμηλές τιμές και μαγνητικά διασυνδεδεμένα χαρακτηριστικά. Ένας χάρτης Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών προετοιμάστηκε για την περιοχή JNU δείχνοντας την γεωλογική δομή και την μαγνητική διαταραχή.
Διαχείριση των Επιφανειακών Υδάτων: Συλλογή των Ομβρίων Υδάτων
Η συγκράτηση της απορροής με φράγματα ελέγχου σε όλη την αποχέτευση σε κατάλληλες θέσεις είναι μία μέθοδος της διαχείρισης των επιφανειακών υδάτων. Τρία φράγματα ελέγχου κατασκευάστηκαν στην περιοχή JNU. Στην πανεπιστημιούπολη JNU, μια σειρά από σημεία ελέγχου με σωλήνες έχουν προταθεί για την κατασκευή των συστημάτων συλλογής των ομβρίων υδάτων. Οι τοποθεσίες για τις εν λόγω κατασκευές έχουν επιλεγεί στο τμήμα της κοιλάδας που είναι στενό. Έτσι, έχουν επιλεγεί 14 τοποθεσίες για τα σημεία ελέγχου που έχουν επεκταθεί έξω από την πανεπιστημιούπολη. Από αυτά τα τρία φράγματα ελέγχου έχουν ήδη κατασκευαστεί στο δυτικό ρεύμα και το άλλο στο βόρειο ρυάκι. Η άνοδος της στάθμης των υδάτων σε 16 πιεζομετρικούς σωληνίσκους παρακολουθείται κάθε μήνα. Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά. Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχει σημαντική αύξηση της στάθμης των υδάτων στην πανεπιστημιούπολη JNU μετά την επαναφόρτιση μέσω των φραγμάτων ελέγχου. Τα συγχωνευθέντα δορυφορικά δεδομένα των IRS-PAN και LISS-III έχουν ερμηνευθεί χρησιμοποιώντας το λογισμικό επεξεργασία εικόνας ERDAS και το λογισμικό ArcGIS για το σύνολο της περιοχής του Δελχί.
Οικολογική Διατήρηση μέσω της χρήσης των Δεδομένων Αισθητήρων
Το ρυθμιστικό σχέδιο του Δελχί τον Αύγουστο του 1990 αναφέρει σαφώς ότι η κορυφογραμμή "θα πρέπει να διατηρηθεί με μέγιστη προσοχή και θα πρέπει να αναδασωθεί με αυτόχθονα είδη, με την ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση των τεχνητών παρεμβάσεων". Μέσα στις αστικές περιοχές της νότιας κορυφογραμμής ορισμένες περιοχές επιτυχώς διατηρούνται και αναγεννούν την βιοποικιλότητα τους και επίσης υπέστησαν μία σημαντική ποικιλία στην πανίδα, περιλαμβάνοντας σπάνια είδη, καθώς άλλα μέρη έχουν υποστεί σημαντική απογύμνωση και διάβρωση του εδάφους.
Η στάθμη του νερού σε ορισμένες περιοχές της JNU, στο νοσοκομείο RR έχει ήδη αυξηθεί πάνω από δέκα μέτρα σε λιγότερο από δύο χρόνια και η συλλογή του νερού στα πηγάδια σε γειτονικές περιοχές της περιοχής JNU επέδειξε αξιοσημείωτη βελτίωση. Επίσης τα φράγματα δημιουργούν υδατικά συστήματα, τα οποία σύμφωνα με το κατευθυντήριο στρατηγικό σχέδιο, "θα πρέπει να αναπτύχθηκε για να λειτουργήσει ως μείζων χώροι των πνευμόνων και για την προσέλκυση των μεταναστευτικών πτηνών και για τη βελτίωση του μικροκλίματος". Πολλές δορυφορικές εικόνες σε διάφορες ημερομηνίες δείχνουν αλλαγές στη βλάστηση από το 1987 έως το 1997. Αυτό φαίνεται να οφείλεται στην αύξηση της υγρασίας του εδάφους με τον τεχνητό εμπλουτισμό στην πανεπιστημιούπολη JNU. Σημειώθηκε περίπου μία αύξηση 1,104 τετραγωνικά χιλιόμετρα (46,96 %) στην πυκνή βλάστηση λόγω της αύξησης της στάθμης των υπογείων υδάτων. Η αύξηση αυτή αναφέρεται κυρίως στην κοιλάδα JNU και στην περιοχή Sanjay Van και στις ανατολικές περιοχές.
Ποιοτική βελτίωση των υπογείων υδάτων από την συλλογή των ομβρίων υδάτων
Η ποιότητα του νερού για οικιακή κατανάλωση είναι υψίστης σημασίας, όπως η χημική και μικροβιολογική μόλυνση του πόσιμου νερού μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρούς κινδύνους για την υγεία σε διαταραχές του σώματος μέσω των ασθενειών των τοξικών χημικών ουσιών. Η ποιοτική βελτίωση των υπογείων υδάτων στην περιοχή της πανεπιστημιούπολης JNU μπορεί να ποσοτικοποιηθεί πριν και μετά τις μελέτες ποιότητας συλλογής των ομβρίων υδάτων. Το έργο αυτό έχει μια μακροπρόθεσμη οικονομική σημασία καθώς επίσης είναι χρήσιμο για τη βελτίωση της ποιότητας των υπογείων υδάτων και για την επιλογή της τεχνητής αναπλήρωσης στις περιοχές που οι τιμές των τιμών της ακτινοβολίας στα εικονοστοιχεία στο φασματικό κανάλι του εγγύς υπέρυθρου του δορυφόρου IRS έχει μελετηθεί, διαφορετικά, το κόστος της επεξεργασίας του νερού θα είχε μετρήσιμες επαναλαμβανόμενες οικονομικές επιβαρύνσεις για το Πανεπιστήμιο.
Αποτελέσματα
Από το 1996 με 2006 εντοπίστηκαν οι βροχοπτώσεις τεσσάρων κύκλων κάθε χρόνο στην περιοχή της κορυφογραμμής του Δελχί και τα αποτελέσματα της επαναφόρτισης στα υπόγεια ύδατα παρατηρήθηκαν σε δεκαέξι πιεζόμετρα στην πανεπιστημιούπολη JNU, στα ρηχά και στα βαθιά υδροφόρα στρώματα. Τα πιεζόμετρα είχαν εγκατασταθεί κατάντη κατά μήκος της και πλευρικά σε αυτή. Το βάθος στο επίπεδο του νερού στην περιοχή πριν τον έλεγχο του φράγματος κυμαινόταν περίπου 17-22 m κάτω από την επιφάνεια της γης. Από το 1996, η άνοδος της στάθμης του νερού παρατηρήθηκε μεταξύ 5,26 και 12,50 m στα πιεζόμετρα περίπου 166 και 44 μέτρα από το φράγμα αντίστοιχα. Υπολογίστηκε ότι 90.000 κυβικά μέτρα νερού επαναφορτίζονταν ανά έτος για τα ρηχά και βαθιά υδροφόρα στρώματα και 2000 κυβικά μέτρα χάθηκαν λόγω εξάτμισης. Από τη συνολική ποσότητα των διαθέσιμων υδάτινων πόρων, περίπου το 98% είχαν μεταφερθεί στους υδροφόρους ορίζοντες. Λόγω της αύξησης της υγρασίας του εδάφους, η συνολική έκταση της πυκνής και αραιής βλάστησης έχει αυξηθεί. Η πυκνή βλάστηση αυξήθηκε κατά 46,96% και η αραιή βλάστηση αυξήθηκε κατά 24,30%. Η περιοχή χωρίς βλάστηση έχει δείξει ένα ποσοστό της τάξης του 2,14%.
Βιβλιογραφία
1. Bhanumurty, Y.R.; Dimri, D.B.H. Geophysical investigations for the geotechnical project of Delhi
metropolitan area. Geological Survey of India 1978 Misc. Pub. No. 43 pp. 35-43.
2. Jaisawal, R.K.; Krishnamurthy, J.; Mukherjee, S. Role of Remote sensing and GIS techniques for generation of groundwater prospect zones towards rural development- an approach. International Journal of Remote Sensing 2003, 24(5), 993-1008.
3. Kale, P. Sustainable development: critical issues. Journal of Indian Society of Remote Sensing 1992, 20(4), 183-186.
4. Mishra, J.K.; Aarthi, R.; Joshi, M.O. Remote sensing quantification and change detection of natural resources over Delhi. Atmospheric Environment 1994, 28(19), 3131-3137.
5. Mukherjee, S. Change in groundwater environment with land use pattern in a part of South Delhi: a remote sensing approach. Asian-Pacific Remote Sensing and GIS journal 1997, 9(2), 9-14.
6. Mukherjee, S.; Mukherjee, A. Quantitative and qualitative improvement in groundwater by artificial recharge; a case study in JNU, New Delhi, Proceeding 10th International Rainwater catchment systems 2001 Margrav-Verlag, Mannheim, Germany.
7. Mukherjee, S. Eco-conservation of a part of JNU campus, by GIS analysis, Proceeding National Symposium on artificial recharge of groundwater 1998 New Delhi, India.
8. Mukherjee, S. Land subsidence in middle Andaman: A case study. Hydrology journal 1986, 13(3), 150-156.
9. Mukherjee, S. Text Book of Environmental remote Sensing. Macmillan India Limited New Delhi India 2004 ISBN: 1403922357. pp.139-148.
10. Murthy, K.S.R. Groundwater potential in a semi-arid region of Andhra Pradesh: A geographical Information System approach. International journal of Remote Sensing 2000, 21(9), 1867-1884.
11. Rao, L.K.M., Remote sensing for land use planning. International Journal of Remote Sensing 1995, 16(1), 53-60.
12. Saraf, A.K.; Chaudhary, P.R. Integrated remote sensing and GIS for groundwater exploration and identification of artificial recharges sites. International Journal of Remote Sensing 1998, 19(10), 1825-1841.
13. Singh, A.K.; Prakash, S.R. Delineation of groundwater potential zones in Bakhar sub-watershed Mirzapur & Sonebhadra districts, U.P., using integrated studies of Remote Sensing, Geoelectrical and GIS techniques. Proceeding of ISRS National symposium, 2000, held at Kanpur, India pp. 320-329.
