Χαρτογράφηση πιθανών ζωνών εδαφικού νερού στη λεκάνη απορροής του Musi με τη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και ΣΓΠ

'''Χαρτογράφηση πιθανών ζωνών εδαφικού νερού στη λεκάνη απορροής του Musi με τη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων και ΣΓΠ '''


'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Mapping of groundwater potential zones in the Musi basin using remote sensing data and GIS''

'''Συγγραφείς: ''' Sreedhar Ganapuram, G.T. Vijaya Kumar, I.V. Murali Krishna, Ercan Kahya

'''Δημοσιεύθηκε: ''' ''Advances in Engineering Software, 2009, 40, 506-518''


Το εδαφικό νερό είναι τύπος νερού ο οποίος καταλαμβάνει όλα τα κενά του γεωλογικού στρώματος. Οι συνθήκες που εντοπίζεται το νερό αυτό ποικίλουν με βάση την κλίση, τις καιρικές συνθήκες, την παρουσία ρηγμάτων, των επιφανειακών υδάτινων στρωμάτων, τα κανάλια, τις αρδευόμενες εκτάσεις κτλ. Ο εντοπισμός ζωνών εδαφικού νερού βασίζεται κυρίως σε μετρήσεις εδάφους, τα τελευταία χρόνια όμως με τη συμβολή της τηλεπισκόπησης και των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΣΓΠ) η χαρτογράφησή τους διευκολύνθηκε. Στόχος της συγκεκριμένης εργασίας είναι ο εντοπισμός ζωνών εδαφικού νερού στη λεκάνη απορροής του ποταμού Musi μέσα από τηλεπισκοπικά, γεωλογικά, υδρολογικά, λιθολογικά και τοπογραφικά δεδομένα. Η λεκάνη απορροής του Musi έχει κομβικό ρόλο, καθώς τροφοδοτεί τις γύρω περιοχές με νερό που χρησιμοποιείται για την άρδευση. Είναι υπο-λεκάνη ενός μεγαλύτερου ποταμού, του Krishna, και βρίσκεται στο Andhra Pradesh της Ινδίας. 
 
[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_1.jpg  | thumb| right|Eικόνα 1:'''Χάρτης για την περιοχή μελέτης, τη λεκάνη απορροής του ποταμού Musi''']]

Η περιοχή αποτελείται κυρίως από γρανιτικά πετρώματα και ένα μείγμα μεταμορφωμένων πετρωμάτων αρχαϊκής εποχής. Η κύρια καλλιέργεια είναι το ρύζι, επίσης καλλιεργούνται διάφορα σιτηρά και λαχανικά. Το κλίμα είναι τροπικό με ιδιαίτερα θερμά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες. Η θερμοκρασία κυμαίνεται μεταξύ 12 οC το χειμώνα ως και 43 oC το καλοκαίρι. Η ετήσια βροχόπτωση ανέρχεται σε 812 mm ετησίως. Λόγω του αγροτικού χαρακτήρα της περιοχής οι ανάγκες για άρδευση είναι αυξημένες και η χρήση εδαφικού νερού είναι απαραίτητη καθώς τα επιφανειακά υδάτινα σώματα στερεύουν αφού οι βροχές είναι ελάχιστες. 

Τα τηλεπισκοπικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν είναι εικόνες του Landsat 7 και δεδομένα ψηφιακού μοντέλου εδάφους, τα οποία συντέθηκαν μέσα από εικόνες radar (SRTM DEM: Shuttle Radar Topographic Mission - Digital Elevation Model). Ακόμα, έγινε χρήση τοπογραφικών χαρτών κλίμακας 1:
250.000, γεωλογικών χαρτών και γεωμορφολογικών της αντίστοιχης κλίμακας. 

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_2.jpg  | thumb| right|Eικόνα 2:'''Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους από το SRTM''']]

Προκειμένου να οριοθετηθούν οι ζώνες και η διαθεσιμότητα του εδαφικού νερού πρέπει να γίνει η προετοιμασία διάφορων θεματικών χαρτών, οι οποίοι προκύπτουν από τα δεδομένα τηλεπισκόπησης, τους τοπογραφικούς χάρτες και τους γεωλογικές χάρτες σε συνδυασμό με τους υπάρχοντες χάρτες. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για τον εντοπισμό και οριοθέτηση των πιθανών ζωνών για τη λεκάνη Musi περιλαμβάνει τα ακόλουθα 9 βήματα:

'''1) Δημιουργία χάρτη υποβάθρου'''

Η δημιουργία του χάρτη υποβάθρου (base map) περιλαμβάνει όλα τα χαρακτηριστικά που υποδεικνύουν διαθεσιμότητα υδάτινων πόρων και πόσιμου νερού. Αυτά είναι όλα τα υδάτινα σώματα (μόνιμα και εφήμερα), τα ποτάμια, τα κανάλια, οι δρόμοι, οι σιδηρόδρομοι, οι πόλεις και τα χωριά και τα όρια της περιφέρειας. Η χαρτογράφηση των δρόμων είναι απαραίτητη διότι στην περιοχή πολλές πόλεις και χωριά δεν διαθέτουν υδροδοτικό δίκτυο με συνέπεια το νερό να μεταφέρεται με οχήματα. 

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_1_1.jpg  | thumb| right|Eικόνα 3:'''Ο χάρτης υποβάθρου (Base map) της περιοχής μελέτης''']]
 
'''2) Τοπογραφικά δεδομένα'''

Τα τοπογραφικά δεδομένα προήλθαν από επεξεργασία των δεδομένων SRTM DEM. Από αυτά, εξάχθηκε ο χάρτης αποστράγγισης της περιοχής χρησιμοποιώντας έναν χάρτη κατεύθυνσης της ροής του νερού. Η κατεύθυνσης ροής όπως φαίνεται στην εικόνα 4 είναι από τα δυτικά προς τα ανατολικά.

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_5.jpg  | thumb| right|Eικόνα 4:'''Ο χάρτης της ροής του νερού στη λεκάνη απορροής ''']]

Στη συνέχεια, δημιουργήθηκε ο χάρτης συσσώρευσης ροής του νερού, ο οποίος έδειξε ότι οι χαμηλές τιμές συσσώρευσης αντιπροσωπεύουν
κορυφές κορυφής ενώ οι υψηλότερες τιμές αντιπροσωπεύουν κοιλάδες και κανάλια ροής. Από το χάρτη φαίνεται πως ο ποταμός είναι δενδριτικής μορφής.

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_4.jpg  | thumb| right|Eικόνα 5:'''Ο χάρτης συσσώρευσης ροής του νερού''']]

Χρησιμοποιώντας το DEM και το χάρτη συσσώρευσης δημιουργείται ο χάρτης του δικτύου αποστράγγισης και με τη χρήση αυτού οριοθετείται η λεκάνη απορροής και προβλέπονται διάφορες δομές συλλογής νερού. 

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_5_1.jpg  | thumb| right|Eικόνα 6:'''Ο χάρτης του δικτύου αποστράγγισης''']]

Τέλος, από το DEM εξάχθηκε ο χάρτης των κλίσεων (slope) της περιοχής.

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_6.jpg  | thumb| right|Eικόνα 7:'''Ο χάρτης των κλίσεων (slope)''']]

'''3) Προετοιμασία του λιθολογικού χάρτη'''

Ο λιθολογικός χάρτης δημιουργήθηκε από την ψηφιοποίηση κάθε λιθολογικής οντότητας από λιθολογικούς χάρτες από τη γεωλογική υπηρεσία της Ινδίας.

'''4) Προετοιμασία του χάρτη γεωλογικών δομών'''

Ο χάρτης των γεωλογικών δομών προήλθε επίσης από ψηφιοποίηση δεδομένων των χαρτών της γεωλογικής υπηρεσίας. Τα δεδομένα που ψηφιοποιήθηκαν είναι γεωλογικές γραμμώσεις και ρήγματα. 

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_8.jpg  | thumb| right|Eικόνα 8:'''Ο χάρτης γεωλογικών δομών''']]

'''5) Προετοιμασία του γεωμορφολογικού χάρτη'''
 
Οι γεωμορφολογικοί χάρτες λήφθηκαν από την Διεθνή Υπηρεσία Τηλεπισκόπησης. Η μεθοδολογία για την προετοιμασία του γεωλογικού χάρτη περιλάμβανε την συνοπτική μελέτη των δορυφορικών εικόνων για καλύτερη εκτίμηση και ταυτοποίηση των γεωλογικών δομών με κριτήρια φωτοερμηνείας. Τα κριτήρια αυτά ήταν ό τόνος, η υφή, το σχήμα, το μέγεθος, η θέση, η ένωση, η φυσιογραφία, η γένεση των μορφή και η φύση των πετρωμάτων. Η εικόνα πρώτου ερμηνευτεί κατατάχθηκε σε τρεις μεγάλες ζώνες, λόφους, οροπέδια και πεδιάδες. Στη συνέχεια, μέσα σε κάθε ζώνη, χαρτογραφήθηκαν οι διαφορετικές γεωμορφολογικές μονάδες με βάση τα χαρακτηριστικά της γης, της έκτασης, τις καιρικές συνθήκες, το πάχος της απόθεσης κτλ. Οι γεωμορφολογικές οντότητες που εντοπίστηκαν από το δορυφόρο πρέπει να επαληθευτούν με έρευνα στο πεδίο πριν ολοκληρωθεί ο γεωμορφολογικός χάρτης. Σε περίπτωση που είναι διαθέσιμοι ήδη υπάρχοντες χάρτες ή βιβλιογραφική έρευνα η διαδικασία αυτή διευκολύνεται. Κάθε δομή κατηγοριοποιήθηκε με βάση το πέτρωμα που την αποτελεί.

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_7.jpg  | thumb| right|Eικόνα 9:'''Ο γεωμορφολογικός χάρτης''']]

'''6) Προετοιμασία επικαλύμματος του υδρολογικού χάρτη'''

Για τη δημιουργία του επικαλύμματος του υδρολογικού χάρτη είναι απαραίτητη η μελέτη των δορυφορικών εικόνων, η έρευνα στο πεδίο και τα μετεωρολογικά δεδομένα. Στο χάρτη σε συνδυασμό με τα παραπάνω πρέπει να εμφανίζονται τα κανάλια και τα φράγματα, οι αρδευόμενες περιοχές από εδαφικό νερό και σταθμοί βροχοπτώσεων οι οποίοι δείχνουν τον ετήσιο μέσο όρο βροχής. Ο μέσος όρος των βροχοπτώσεων εμφανίζεται και στο υπόμνημα του χάρτη. Τα παραπάνω δεδομένα για να οπτικοποιηθούν σωστά χρησιμοποιούνται τοπογραφικά φύλλα. Από την έρευνα πεδίου συλλέγονται δεδομένα όπως τα πηγάδια και τα αρδευτικά πρότυπα.

'''7) Δημιουργία χάρτη χρήσεων γης και εδαφοκάλυψης με ταξινόμηση'''

Η ταξινόμηση έγινε για εικόνες Landsat 7, ήταν επιβλεπόμενη και για την επαλήθευσή της χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις εδάφους (ground truth). Οι μετρήσεις εδάφους έγιναν τον Οκτώβριου του 2004 ώστε οι καλλιέργιες να είναι στην ακμή τους. Το όνομα κάθε κλάσης αποδόθηκε στο πεδίο. Κάθε κλάση άνηκε σε μία μεγαλύτερη κλάση και διέθεται υποκατηγορίες ανάλογα το χαρακτήρα της. Στον πίνακα που παρατίθεται (εικόνα 10) περιγράφονται οι κατηγορίες, το εμβαδόν κάθε μίας από αυτές και το ποσοστό κάλυψης ως προς τη συνολική έκταση.

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_10.jpg  | thumb| right|Eικόνα 10:'''Πίνακας με τις κατηγορίες της ταξινόμησης''']]
 
[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_9.jpg  | thumb| right|Eικόνα 11:'''Η ταξινομημένη εικόνα''']]

'''8) Προετοιμασία της υδρο-γεωμορφολογίας'''

Υδρογεωμορφολογικά η περιοχή είναι χωρισμένη σε πλημμυρική πεδιάδα, σε γεμάτη κοιλάδα, σε πρανή, σε πεζήμον πεδιάδα, σε γραμμικές κορυφογραμμές, σε υπολειμματικούς λόφους, σε αέτωμα, σε οροπέδιο, σε συγκρότημα αέτωμα-αλεξίπτωτο και σε υψίπεδα. Οι παλαιότερες αλουβιακές πεδιάδες της περιοχές είναι οι ζώνες με τη μεγαλύτερη πιθανότητα να περιέχουν υπόγειο νερό. Η δομή κάθε υδρογεωμορφολογικού επιπέδου εξαρτάται από τις καιρικές συνθήκες και τη βροχόπτωση. 

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_11.jpg  | thumb| right|Eικόνα 12:'''Ο υδρο-γεωμορφολογικός χάρτης ''']]

'''9) Σύνταξη του χάρτη ζωνών εδαφικού νερού '''

Για να ολοκληρωθεί ο χάρτης ακολουθείται μία διαδικασία 3 βημάτων. Αρχικά, στο χάρτη πρέπει να προσαρτηθούν όλα τα λιθολογικά, γεωλογικά, γεωμορφολογικά και υδατικά χαρακτηριστικά. Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την ένωση των λιθολογικών και γεωμορφολογικών χαρτών με στόχο κάθε στοιχείο να έχει έναν συγκεκριμένο κωδικό που να αντιστοιχεί στη μορφή του και στο πέτρωμα που το αποτελεί. Το δεύτερο αφορά τη μεταφορά των γεωλογικών δομών σε αυτόν τον χάρτη, ώστε να φαίνεται σε ποια σημεία οι γεωλογικές δομές λειτουργούν σαν εμπόδια στη διέλευση του εδαφικού νερού. Τέλος, όλη η υδρολογική πληροφορία συνενώνεται με τον χάρτη που δημιουργήθηκε στα 2 πρώτα βήματα. Συνεπώς, για κάθε υδρο-γεωμορφολογική ενότητα η πιθανότητα να διαθέτει υπόγειο υδροφορέα εξετάζεται λαμβάνοντας υπόψιν τα λιθολογικά, δομικά, γεωμορφολογικά και υδρολογικά στοιχεία που την απαρτίζουν. Έτσι, οι διάφορες ενότητες ομαδοποιούνται σε 3 κατηγορίες πιθανών ζωνών στις καθόλου πιθανές, στις μέτρια πιθανές και στις πιθανές. 

[[Εικόνα:rswiki_p3_tm_12.jpg  | thumb| right|Eικόνα 13:'''Ο τελικός χάρτης με τις πιθανές ζώνες  ''']] 

Η χαρτογράφηση των ζωνών εδαφικού νερού αυξάνεται όλο και περισσότερο τα τελευταία χρόνια λόγω της αυξημένης ζήτησης για νερό. Τα πιο κοινά διαθέσιμα δεδομένα για μελέτη υπόγειων υδάτων είναι γεωλογικές, γεωμορφολογικές και υδρολογικές πληροφορίες. Αυτή η μελέτη είχε ως στόχο την αξιοποίηση τεχνικών τηλεπισκόπησης και ΣΓΠ για να οριεθετήσει ζώνες υπόγειων υδάτων στη λεκάνη Musi. Οι χάρτες που δημιουργήθηκαν ενσωματώθηκαν σε έναν κοινό, ώστε να φανούν οι περιοχές με τη μεγαλύτερη πιθανότητα να διαθέτουν στο έδαφός τους νερού. Βέλτιστες περιοχές κρίθηκαν οι πεδιάδες και τα βαθιά θαμένα πρανή στα οποία υπάρχουν ρήγματα, τα οποία ενισχύουν την πιθανότητα να βρίσκεται εκεί νερο. 


'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S096599780800166X]

 [[category: Υδάτινες Επιφάνειες]]