Μορφολογική αποτύπωση του πυθμένα της λιμνοθάλασσας του Μεσολογγίου με τη χρήση ΓΣΠ και διαστημικών φωτογραφιών

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 13:33, 21 Απριλίου 2010

Μορφολογική αποτύπωση του πυθμένα της λιμνοθάλασσας του Μεσολογγίου με τη χρήση ΓΣΠ και διαστημικών φωτογραφιών

Αλμπανάκης Κ.¹, Βουβαλίδης Κ.¹, Κομματά Π.¹, Σπανού Σ.¹ ΚΑΙ Ψιλοβίκος Αρ.² ¹Τομέας Φυσικής και Περιβαλλοντικής Γεωγραφίας, Τμήμα Γεωλογίας, Α.Π.Θ. ²Τμήμα Γεωπονίας, Ζωικής Παραγωγής και Υδάτινου Περιβάλλοντος, Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας. Πηγή:

1.Αντικείμενο της εφαρμογής

Τηλεπισκόπηση και παρακολούθηση υγροβιότοπων

2. Εισαγωγικά στοιχεία

Η λιμνοθάλασσα του Μεσολογγίου αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους υγροβιότοπους της Ελλάδας με εξαιρετικά μεγάλη οικολογική σημασία. Από γεωμορφολογική άποψη η παράκτια αβαθής ζώνη της λιμνοθάλασσας αποτελεί την μεσοδελταϊκή περιοχή μεταξύ δύο μεγάλων ποταμών της Δυτικής Ελλάδας. Του Αχελώου στα δυτικά και του Εύηνου στα ανατολικά. Η τροφοδοσία της σε υλικά γίνεται τόσο από την πλευρά της θάλασσας, εξαιτίας της κυματικής δράσης, με την διευθέτηση των φερτών υλών των ποταμών, όσο και εσωτερικά από ένα δίκτυο μικρών χειμάρρων που εκβάλουν σ' αυτή. Τα πολύ μικρά βάθη της που συνεχώς μεταβάλλονται, καθώς και οι έντονες ανθρωπογενείς επεμβάσεις σ' αυτήν, δημιούργησαν την ανάγκη μιας νέας μορφολογικής αποτύπωσης της λιμνοθάλασσας. Η αποτύπωση αυτή συμπληρώνει ή ακόμα και διορθώνει την προϋπάρχουσα αποτύπωση της Γ.Υ.Σ. Αντικειμενικές δυσκολίες όπως η ύπαρξη μικρών βαθών και η αδυναμία πρόσβασης με πλωτό μέσο σε πολλά σημεία της, εξαιτίας της οριοθέτησης ελεγχόμενων περιοχών αλιείας (διβάρια), καθιστούν εξαιρετικά δύσκολη την αποτύπωση της μορφολογίας της με επί τόπου μετρήσεις. Έτσι για την μορφολογική αποτύπωση της χρησιμοποιήθηκε μια δορυφορική φωτογραφία που διατίθεται δωρεάν στο διαδίκτυο από την NASA, η οποία αφού διορθώθηκε γεωμετρικά, επεξεργάστηκε φασματικά. Οι χρωματικοί τόνοι συγκεκριμένων θέσεων με γνωστό βάθος, οδήγησαν στη χρωματική ταξινόμηση όλων των εικονοστοιχείων της εικόνας με αποτέλεσμα την δημιουργία φασματικών ενοτήτων. Κάθε μία από αυτές αντιστοιχεί σε περιοχές με συγκεκριμένο εύρος διακύμανσης του βάθους τους. Με το τρόπο αυτό επιτεύχθηκε η μορφολογική ταξινόμηση του πυθμένα της λιμνοθάλασσας, παράλληλα όμως αποτυπώθηκαν και όλες οι νέες ανθρωπογενείς επεμβάσεις (νέα αναχώματα, εκβαθύνσεις κλπ) από μία σχετικά πρόσφατη φωτογραφία. Η λεπτομερής αυτή μορφολογική ταξινόμηση των βαθών του πυθμένα της λιμνοθάλασσας οδήγησε επίσης στον προσδιορισμό των ρυθμών ανανέωσης του νερού της για γνωστές παλιρροϊκές και μετεωρολογικές μεταβολές της θαλάσσιας στάθμης. Η λιμνοθάλασσα Μεσολογγίου είναι η μεγαλύτερη αβαθής λιμνοθάλασσα της Ελλάδας και αποτελεί έναν υγροβιότοπο σημαντικής σπουδαιότητας και διεθνούς ενδιαφέροντος. Για το λόγο αυτό έχει υπαχθεί στις προστατευόμενες από την σύμβαση του Ραμσαρ περιοχές. Η λιμνοθάλασσα πριν από 30 περίπου χρόνια, προτού υπαχθεί στις προστατευόμενες περιοχές, υπέστη μια σειρά από σημαντικές ανθρωπογενείς επεμβάσεις, που μετέβαλαν τα φυσικά της χαρακτηριστικά. Σήμερα, όπως και στο παρελθόν χρησιμοποιείται σαν φυσικό ιχθυοτροφείο και αποτελεί, μετά την γεωργία, το σημαντικότερο παράγοντα πρωτογενούς παραγωγής στην περιοχή. Η εξαιρετικά αβαθής και εκτεταμένη ανάπτυξη της λιμνοθάλασσας διακόπτεται από τους φραγμούς των ιχθυοτροφείων που περιορίζουν τις περιοχές εκτροφής των ψαριών και οριοθετούν τις ζώνες επιρροής μεταξύ των διαφόρων αλιευτικών συνεταιρισμών. Η κατάσταση αυτή κάνει την χαρτογράφηση με πλωτό μέσο εξαιρετικά δύσκολη έως αδύνατη σε αρκετές θέσεις, με αποτέλεσμα να μην υπάρχουν αξιόπιστοι και ενημερωμένοι χάρτες της λιμνοθάλασσας.

3. Στόχος της εφαρμογής

Ο σκοπός της εργασίας είναι διπλός : 3.1. Να δοκιμαστεί μία τεχνική που να μπορεί να αποτυπώσει πρόσφατες μεταβολές από διαστημικές φωτογραφίες επανδρωμένων πτήσεων της NASA που διατίθενται δωρεάν, με την χρήση κοινών προγραμμάτων ψηφιακής ανάλυσης φωτογραφιών. 3.2. Να δημιουργηθεί ένας ψηφιακός χάρτης κατανομής των βαθών της λιμνοθάλασσας σε GIS, και να υπολογιστούν οι μεταβολές του όγκου της κατά την πλημμυρίδα και την άμπωτη, στην σύγχρονη μορφή της, με τους περιορισμούς που δημιουργούν τα αναχώματα.

4.Η περιοχή μελέτης

Εικόνα1:Η περιοχή μελέτης

Η λιμνοθάλασσα του Μεσολογγίου βρίσκεται στο ΒΔ άκρο του Πατραϊκού κόλπου, έχει σχήμα ισοσκελούς τριγώνου με την βάση του σε διεύθυνση Α-Δ. Καταλαμβάνει μια χαμηλή περιοχή νοτίως των Ακαρνανικών όρεων και του Αράκυνθου, μεταξύ των δελταϊκών προσχώσεων των ποταμών Αχελώου στα δυτικά και Εύηνου στα ανατολικά (Σχ.1). Πρόκειται για μία αβαθή και πλατιά λιμνοθάλασσα, η οποία προς βορρά, μέσω ενός στενού και ρηχού στομίου, επικοινωνεί με μία άλλη μικρότερη αλλά βαθύτερη λιμνοθάλασσα, αυτή του Αιτωλικού. Προς το νότο οριοθετείται από μια σειρά λουρονησίδες που επιτρέπουν μια περιορισμένη επικοινωνία με τον Πατραϊκό κόλπο. Η λιμνοθάλασσα έχει δεχθεί σημαντικές ανθρωπογενείς επεμβάσεις με τις οποίες περιορίστηκαν δραστικά οι ελώδεις περιοχές στην περιφέρεια της με την κατασκευή αναχωμάτων, αποκόπηκαν οι απορροές των αποστραγγιστικών καναλιών. Σήμερα η λιμνοθάλασσα είναι αποκλεισμένη από την γύρω χαμηλή χερσαία περιοχή με τεχνητά αναχώματα. Στην ανατολική πλευρά της λιμνοθάλασσας έχει κατασκευαστεί δίαυλος από την πόλη του Μεσολογγίου ως την λιμνοθάλασσα του Αιτωλικού. Ο δίαυλος αρχικά είχε σχεδιαστεί να έχει βάθος ικανό για να πλέουν μικρά σκάφη, στη συνέχεια όμως προσχώθηκε σημαντικά. Μέσα στο δίαυλο δύο αποστραγγιστικά αντλιοστάσια Β1 και Β3 παροχετεύσουν γλυκό νερό από αποστραγγίσεις αρδευόμενη γεωργικής γης καθώς επίσης ρίχνονται τα απόβλητα του βιολογικού καθαρισμού του Αιτωλικού. Τα τελευταία 30-40 χρόνια κατασκευάστηκαν τρία φράγματα – ταμιευτήρες νερού στην κοίτη ροής της ορεινής λεκάνης του Αχελώου, συγκεκριμένα στις θέσεις Καστράκι, Κρεμαστά και Στράτος, για τη λειτουργία ομώνυμων υδροηλεκτρικών σταθμών της ΔΕΗ. Επίσης, το τμήμα της κοίτης Αχελώου στον Πατραϊκό στην θέση Παλαιοπόταμος έχει αποκοπεί και η μόνη πλέον κοίτη είναι δυτικά του λόφου Κοτσιλάρης στο Ιόνιο. Εξαιτίας αυτών των ανθρώπινων επεμβάσεων έχει περιοριστεί η ποσότητα του νερού αλλά πολύ περισσότερο η ποσότητα των φερτών υλικών που μεταφέρονται στις εκβολές. Αποτέλεσμα της μειωμένης ποσότητας υλικών, αλλά και η αδρανοποίηση της εκβολής του στον Πατραϊκό είναι η εξασθένηση των λουρονησίδων και η διάβρωση τους από την κυματική δράση. Σήμερα οι λουρονησίδες διατηρούνται με γιατί ενισχύθηκαν με λιθοριπή και ομοιάζουν περισσότερο με τεχνητά αναχώματα.

5.Μεθοδολογία

Εικόνα2 :Η γεωμετρικά διορθωμένη δορυφορική εικόνα.

Η εξαγωγή βυθομετρικών δεδομένων με την χρήση αεροφωτογραφιών και δορυφορικών εικόνων αποτελεί μια μεθοδολογία που έχει χρησιμοποιηθεί σε πολλές περιπτώσεις. Όσο το βάθος του πυθμένα μεγαλώνει τόσο η ανακλώμενη από τον πυθμένα ακτινοβολία μειώνεται. Η απουσία αιωρούμενων υλικών και η υψηλή ανακλαστικότητα των υλικών του πυθμένα αποτελούν σημαντικές προϋποθέσεις για τον ακριβή προσδιορισμό βαθών και μεθόδους τηλεπισκόπησης. Σύμφωνα με τον Campbell (1996) η ηλιακή ακτινοβολία μπορεί να καταγράψει χαρακτηριστικά κάτω από το νερό μέχρι το βάθος των 20 μέτρων περίπου για διαυγή νερά. Αυτό το βάθος ' διείσδυσης' ελαττώνεται σημαντικά στην περίπτωση ύπαρξης αιωρούμενου φορτίου και είναι συνάρτηση τόσο της φασματικής ζώνης, όσο και των χαρακτηριστικών των αιωρουμένων σωματιδίων . Στην περίπτωση της περιοχής μελέτης μας, η λιμνοθάλασσα του Μεσολογγίου έχει μικρά βάθη (έως 2m), ο πυθμένας της αποτελείται από ποτάμιες άμμους που διευθετήθηκαν με την παράκτια κυματική δράση και η προσφορά αιωρουμένων υλικών από τους πλευρικούς χειμάρρους έχει περιοριστεί στο ελάχιστο, εξαιτίας της διευθέτησης τους και της παρουσίας περιμετρικών αναχωμάτων. Αποτελεί λοιπόν από πλευράς μεθοδολογίας ιδανική περιοχή για την εξαγωγή βυθομετρικών δεδομένων με την χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε αποτελεί συνδυασμό γνώσεων πεδίου από προηγούμενη ερευνητική δραστηριότητα στην περιοχή από πληροφορίες από το σύστημα REMOS συνεχούς παρακολούθησης της λιμνοθάλασσας και μίας πρόσφατη διαστημικής φωτογραφίας ( με συμβατική Φωτογραφική μηχανή από επανδρωμένες πτήσεις της NASA) που απεικονίζει την λιμνοθάλασσα. Η ψηφιακή διαστημική φωτογραφία η οποία διατίθεται δωρεάν από τον δικτυακό τόπο της NASA, έχει χαρακτηριστικά STS104-710-72_3 και ημερομηνία 23/07/2001. Η μορφή του αρχείου που διατίθεται είναι JPEG. Η ψηφιακή αυτή φωτογραφία επεξεργάστηκε και διορθώθηκε γεωμετρικά με το λογισμικό επεξεργασίας φωτογραφιών Photoshop. H επεξεργασία έγινε ως εξής : Κατ' αρχήν αποκόπηκε από την συνολική δορυφορική φωτογραφία το τμήμα που περιείχε μόνο την περιοχή μελέτης. Στην συνέχεια εισήχθησαν δύο επίπεδα στο Photoshop όπου το ένα ήταν η δορυφορική φωτογραφία και το άλλο ένας ψηφιοποιημένος από σαρωτή (scanner) χάρτης 1:50000 της ΓΥΣ. Το επίπεδο της δορυφορικής εικόνας μετατράπηκε σε ημιδιαφανές έτσι ώστε να φαίνεται από κάτω σαν υπόβαθρο ο τοπογραφικός χάρτης. Η περιοχή έχει αρκετά σταθερά γραμμικά χαρακτηριστικά που επιτρέπουν την χειροκίνητη παραμόρφωση της δορυφορικής φωτογραφίας ώσπου να συμπέσει με τον χάρτη. Στην φάση αυτή έχει επιτευχθεί γεωμετρική διόρθωση, η οποία όμως δεν έχει σχέση με την επιστημονική προσέγγιση της γεωμετρικής διόρθωσης των ψηφιακών δορυφορικών εικόνων και αυτό γιατί το πρωτογενές υλικό είναι φιλμ και όχι σαρωτής. Η διορθωμένη φωτογραφία εξάγεται σαν ανεξάρτητο αρχείο χωρίς ημιδιαφανή χαρακτηριστικά για περαιτέρω υπέρυθρο στις φωτογραφίες αυτές. Σε περιοχές με γνωστά βάθη επιλέχθηκε ένα pixel και με το εργαλείο ΄΄Replace Color΄΄ βρέθηκαν τα συγγενή χρώματα σε όλη την εικόνα, τα οποία και αποτελούν μία χρωματική ενότητα. Σε όλη τη χρωματική ενότητα αντικαταστάθηκε το χρώμα της με χρώμα της επιλογής μας, ώστε να ξεχωρίζει για να μπορεί να χαρτογραφηθεί. Η διαδικασία μοιάζει με την ΄΄ επιβλεπόμενη ταξινόμηση΄΄ (supervised classification) στα πακέτα ανάλυσης δορυφορικών εικόνων. Τελικά από την επεξεργασία της φωτογραφίας δημιουργήθηκε μια εικόνα με διάφορα συγκεκριμένα χρώματα-κώδικες βαθών (τάξεις). Η διορθωμένη γεωμετρικά και κωδικοποιημένη χρωματικά φωτογραφία εισήχθηκε στο λογισμικό Mapinfo 6.0 και ταυτοποιήθηκε γεωγραφικά (georegerence) χρησιμοποιώντας συντεταγμένες Γ.Μ. και Γ.Π. σε αναγνωρίσιμα σημεία. Στην συνέχεια αποτέλεσε το χαρτογραφικό υπόβαθρο για την δημιουργία μιας βάσης γεωγραφικών δεδομένων οργανωμένων σε επίπεδα που αφορούν την μορφολογική ταξινόμηση των βαθών και των ανθρωπογενών παρεμβάσεων. Η λεπτομερής αυτή μορφολογική αποτύπωση του πυθμένα της λιμνοθάλασσας στο λογισμικό ΓΣΠ (GIS) οδήγησε στον υπολογισμό αριθμητικών στοιχείων, όπως η ταξινόμηση των βαθών ανά επιφάνεια, ο υπολογισμός του όγκου του νερού της Λ/Θ αλλά και ο υπολογισμός του όγκου για διάφορα επίπεδα της στάθμης της θάλασσας εξαιτίας της παλίρροιας και των μετεωρολογικών μεταβολών.

6.Αποτελέσματα- Συμπεράσματα

Εικόνα 3: Ο παραγόμενος χάρτης του θαλάσσιου τμήματος της λιμνοθάλασσας του Μεσολογγίου με ταξινόμηση βαθών και απεικόνιση φυσικών ανθρωπογενών χαρακτηριστικών.

Τα αποτελέσματα της εργασίας είναι ο χάρτης (Εικόνα3) του θαλάσσιου τμήματος της λιμνοθάλασσας, όπου φαίνονται τα φυσικά μορφολογικά χαρακτηριστικά, οι ανθρωπογενείς επεμβάσεις με τα αναχώματα και τα βάθη ταξινομημένα με χρωματικούς κώδικες. Με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά του πυθμένα μπορούμε να διακρίνουμε τρεις αβαθείς ζώνες οι οποίες σήμερα είναι ανενεργές και διέρχονται από επάνω τους αναχώματα : Α) Η πρώτη αρχίζει από το ΝΑ άκρο της λιμνοθάλασσας και με διεύθυνση ΒΔ διασχίζει το κέντρο της λιμνοθάλασσας. Φαίνεται να είναι υπολειμματική μορφή κυματογενούς παράκτιας δελταϊκής στερεομεταφοράς από την εκβολή του Εύηνου πριν τον περιορισμό της λιμνοθάλασσας από νότο με τις λουρονησίδες οι οποίες περιορίζουν την κυματική δράση. Β) Η δεύτερη ξεκινά από το ΝΔ άκρο με διεύθυνση προς Α δημιουργεί τις σημερινές λουρονησίδες και οριοθετεί την λιμνοθάλασσα από Ν. Οφείλεται στην εκβολή του Αχελώου όταν αυτός εξέβαλε στην θέση Παλαιοπόταμος και Γ) Μια τρίτη στα Β της λιμνοθάλασσας στην είσοδο του δίαυλου του Αιτωλικού που οφείλεται σε εκβολή τοπικού πλευρικού χειμάρρου και περιορίζει την διατομή επικοινωνίας της Λ/Θ Μεσολογγίου με την Λ/Θ Αιτωλικού. Ο όγκος της Λ/Θ είναι 128,681x10..m3 . Αυξάνεται κατά 3,52% για αύξηση της στάθμης κατά 20cm, αλλά ελαττώνεται κατά 33,70% για ελάττωση της στάθμης κατά 20cm. Αυτό συμβαίνει γιατί η Λ/Θ έχει περιοριστεί με αναχώματα και η αύξηση της στάθμης δεν συνεπάγεται και αύξηση της επιφάνειας. Αντίθετα στην πτώση της στάθμης της θάλασσας αποκαλύπτονται περιοχές του πυθμένα και ελαττώνεται η επιφάνεια της Λ/Θ. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο ημερήσιος ρυθμός ανανέωσης της Λ/Θ εξαιτίας της παλίρροιας είναι κατά πολύ μεγαλύτερος κατά την διάρκεια βαρομετρικών υψηλών που κρατούν χαμηλά την μέση ημερήσια στάθμη παρά την διάρκεια βαρομετρικών χαμηλών και νότιων ανέμων. Το διαδοχικό πέρασμα είναι βαρομετρικών μεταβολών (+/- 20cm) ανανεώνει το 50% περίπου του νερού της Λ/Θ. Το νούμερο αυτό θα ήταν πολύ μεγαλύτερο αν δεν είχαν γίνει τα αναχώματα.