Μέθοδοι Τηλεπισκόπισης και GIS για την επιλογή ενός βιώσιμου σεναρίου για τη λίμνη Κορώνεια στην Ελλάδα

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 13:54, 5 Μαρτίου 2012

Πρωτότυπος τίτλος: Remote Sensing and GIS Techniques for Selecting a Sustainable Scenario for Lake Koronia, Greece

Συγγραφείς: Θ. Αλεξανδρίδης, Β. Τακαβάκογλου, T. Crisman, Γ.Ζαλίδης

Πηγή: http://www.springerlink.com/content/b84l825732417g55/

Σκοπός

Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών η λίμνη Κορώνεια έχει υποστεί σοβαρή υποβάθμιση ως αποτέλεσμα των ανθρώπινων δραστηριοτήτων γύρω από τη λίμνη και σε ολόκληρη τη λεκάνη. Η άντληση των επιφανειακών και υπογείων υδάτων και η ρύπανση από γεωργία και βιομηχανία είναι οι κύριες πηγές αυτής της υποβάθμισης. Ο σχεδιασμός ενός έργου αποκατάστασης, παρεμποδίζεται από την έλλειψη επαρκών δεδομένων, με εμφανή τόσο σε χωρική όσο και σε χρονική διάσταση. Αυτή η μελέτη έδωσε έμφαση σε μεθόδους ψηφιακής τηλεπισκόπισης και συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών, όπως η ψηφιακή επεξεργασία εικόνας, η γεωγραφική επικάλυψη, η κάλυψη των κενών με χρήση δορυφορικών εικόνων και άλλων περιβαλλοντικών, υδρολογικών και υδρογεωλογικών δεδομένων που θα συμβάλλουν στη διαδικασία σχεδιασμού της αποκατάστασης της λίμνης Κορώνειας, με τις κατευθυντήριες γραμμές της συνθήκης Ramsar. Τρέχοντα και ιστορικά δεδομένα τηλεπισκόπισης, χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση της τρέχουσας κατάστασης και του επιπέδου της υποβάθμισης με στόχο την επιλογή και τον καθορισμό του βέλτιστου σεναρίου για την αποκατάσταση της περιοχής.

Εισαγωγή

Οι ανθρώπινες δραστηριότητες στη περιοχή της λίμνης Κορώνειας, είχε ως αποτέλεσμα τη ταχεία υποβάθμιση της ποιότητας των υδάτων και τη μείωση της διαθέσιμης ποσότητας του νερού στη λίμνη. Οι συγκεντρώσεις των ρύπων αυξήθηκαν και η στάθμη του νερού μειώθηκε κατά 80% από το 1980. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα, το οικοσύστημα να έχει υποστεί δραστικές αλλαγές που επηρέασαν επίσης τις ανθρώπινες κοινότητες. Δεδομένου ότι τα έργα αποκατάστασης έτειναν να είναι πολύ ακριβά από πλευράς χρόνου και χρήματος, νέες τεχνολογίες δημιουργήθηκαν για τη μείωση αυτών των δαπανών. Οι πρόσφατες εξελίξεις στη τεχνολογία της τηλεπισκόπισης, οδήγησε στην αύξηση του ενδιαφέροντος, για περιβαλλοντική εφαρμογή. Τα δεδομένα της ψηφιακής τηλεπισκόπισης παρουσιάζουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι άλλων πηγών δεδομένων. Είναι μια σταθερή μέθοδος συλλογής δεδομένων, η οποία καλύπτει το σύνολο της περιοχής μελέτης, επιτρέποντας την εύκολη σύγκριση πολυχρονικών εικόνων. Είναι αποδοτική οικονομικώς σε μεσαίες και μεγάλες περιοχές μελέτης και είναι ένας μοναδικός τρόπος για οπτική ερμηνεία των δυσπρόσιτων περιοχών. Μετά την ανάλυση των δεδομένων της ψηφιακής τηλεπισκόπισης σε ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών, είναι δυνατή η παροχή χρήσιμων περιβαλλοντικών πληροφοριών. Σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να δείξει το βαθμό στον οποίο η τηλεπισκόπιση και το GIS μπορούν να συμβάλλουν στην επιλογή μιας βιώσιμης λύσης, ως μέρος του σχεδίου αποκατάστασης της λίμνης Κορώνειας. Τέθηκαν διάφοροι περιορισμοί και ανάλογα με τα σενάρια που προτάθηκαν, επιλέχθηκε το καλύτερο σενάριο για την αποκατάσταση της λίμνης.

Περιοχή μελέτης

Η περιοχή μελέτης της συγκεκριμένης εργασίας είναι η λίμνη Κορώνεια στο νομό Θεσσαλονίκης. Η λίμνη και ο υγρότοπoς της έχουν χαρακτηριστεί ως υγρότοποι διεθνούς σημασίας από τη συνθήκη Ramsar και έχουν προταθεί ως ένας τόπος Κοινοτικής Σημασίας στο πλαίσιο του δικτύου Natura του 2000. Η λίμνη ήταν περίπου 4620 εκτάρια πριν από το 1980 με μέγιστο βάθος 6 μέτρων. Ωστόσο από τότε, παρατηρήθηκε μια σταδιακή μείωση στη περιοχή έως 3600 εκτάρια το 1990 και 1700 εκτάρια το 2000. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, η ποιότητα νερού υποβαθμίστηκε, όσον αφορά τα θρεπτικά συστατικά. Η περίοδος της υποβάθμισης των υδάτων συνέπεσε με τη προοδευτική μείωση του επιπέδου της λίμνης. Πολυάριθμες μελέτες προσδιόρισαν τους βασικούς παράγοντες για τις εν λόγω αλλαγές, οι οποίοι είναι η εντατικοποίηση της γεωργικής και βιομηχανικής δραστηριότητας. Η αξιολόγηση της διαθεσιμότητας των υδάτινων πόρων στη λεκάνη ξεκίνησε το 1973, για τη περαιτέρω ανάπτυξη του τομέα της άρδευσης και την εξασφάλιση πόσιμου νερού. Το πρόβλημα εξάντλησης των υδάτων, αναγνωρίστηκε μετά το 1995 με αποτέλεσμα την εφαρμογή του Ρυθμιστικού σχεδίου για την αποκατάσταση της λίμνης Κορώνειας, το οποίο πρότεινε την άντληση νερού από υπόγεια ύδατα, τη μεταφορά νερού, την εκτροπή των υδάτων, την εγκατάσταση αρδευτικών συστημάτων και τη θεραπεία των βιομηχανικών και αστικών λυμάτων.

Μεθοδολογία και διαδικασία

Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την αποκατάσταση της λίμνης Κορώνειας είναι η εξής:

• είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν τα αίτια της υποβάθμισης, προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι τρέχουσες τάσεις όπου είναι δυνατόν. Κατά τον προσδιορισμό αυτών είναι σημαντικό να κοιτάξουμε προς τις ανάντη και τις δραστηριότητες ανωφέρειας, καθώς και άμεσες και έμμεσες επιπτώσεις στη περιοχή του έργου. Ένας σταθμός αξιολόγησης για τη λίμνη Κορώνεια χρησιμοποιήθηκε για να προσδιορίσει τις κινητήριες δυνάμεις της υποβάθμισης της λίμνης σε ολόκληρη τη λεκάνη απορροής και τη σημασία τους,
• ο προσδιορισμός των πιθανών περιορισμών περιλαμβάνει την αποκατάσταση της διαθεσιμότητας των φυσικών πόρων ενώ λαμβάνει υπόψη τη νομοθεσία, τη περιβαλλοντική και τη κοινωνικοοικονομική κατάσταση της περιοχής,
• η αποκατάσταση των στόχων καθορίστηκε μετά το καθορισμό της ιδιότυπης λίμνης, που είναι το επιθυμητό κρίσιμο δομικό και λειτουργικό χαρακτηριστικό για την αποκατάσταση της λίμνης και τη προώθηση της αειφορίας. Οι στόχοι αυτοί αποσκοπούν σε ένα νέο βιώσιμο οικοσύστημα, που να μπορεί να εξυπηρετήσει τη φύση και την ανθρωπότητα, χωρίς εξωτερική βοήθεια,
• ανάπτυξη και επιλογή των καταλληλότερων σεναρίων αποκατάστασης. Η ανάπτυξη των πιθανών σεναρίων αποκατάστασης βασίστηκε σε περιορισμούς που αφορούν τη περιοχή μελέτης. Για τη λειτουργική αξιολόγηση του κάθε σεναρίου, χρησιμοποιούνται τεχνικές οι οποίες προτείνονται για μεσογειακούς υγρότοπους. Τελικά επιλέχθηκε η καταλληλότερη λύση αποκατάστασης.

Οι τεχνικές τηλεπισκόπισης χρησιμοποιήθηκαν σε όλη τη μελέτη για τη μείωση του κόστους της συλλογής στοιχείων και την ελαχιστοποίηση των εσφαλμένων προβλέψεων αποκατάστασης. Είναι ένα μέσο για τον έλεγχο και τη βελτίωση της κατανόησης των υγροτόπων και των οικολογικών διεργασιών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν για την αξιολόγηση των συστημάτων αποκατάστασης. Βασικός τους ρόλος ήταν να εξασφαλιστεί η ορθή υδρολογία και η οικολογία.

Συμπλήρωση κενών και εξαγωγή πληροφορίας

Μια σειρά περιβαλλοντικών, υδρολογικών και υδρογεωλογικών δεδομένων, θεωρήθηκε απαραίτητη για το προγραμματισμό της αποκατάστασης τις λίμνης. Λόγω της περιορισμένης διαθεσιμότητας αυτών των στοιχείων, χρησιμοποιήθηκαν διάφορες τεχνικές γα την εξαγωγή δεδομένων από τηλεπισκοπικές απεικονίσεις.

Εικόνα 1: Χωρική κατανομή των αρδευόμενων πεδίων και θέσεις των φρεατίων άντλησης

Περιβαλλοντικά δεδομένα

Οι υπάρχοντες χάρτες ήταν ανεπαρκείς για να περιγράψουν τη χωρική μεταβλητότητα του υγρότοπου. Γι αυτό χρησιμοποιήθηκε αεροφωτογραφία του 1996, προκειμένου να καθοριστούν σωστά τα σημερινά όρια των ενδιαιτημάτων. Ο χάρτης των τύπων των οικοτόπων που προέκυψε συγκρίθηκε οπτικά με τα διαθέσιμα δεδομένα του δορυφόρου Aster, προκειμένου να ταυτοποιηθούν πιθανά λάθη. Παρόλο που η κλίμακα της δορυφορικής εικόνας Aster (1:30.000) ήταν μικρότερη σε σχέση με την αεροφωτογραφία (1:5000), οι πολυφασματικές πληροφορίες που προέκυψαν ήταν πολύτιμες.

Η χωρική ανάλυση της δορυφορικής εικόνας Aster ήταν 15m στο πράσινο, στο κόκκινο και στα φασματικά μήκη κύματος του εγγύς υπέρυθρου. Η φασματική ταξινόμηση χρησιμοποιήθηκε για τη χαρτογράφηση των διαφορετικών χρήσεων γης. Για κάθε τύπο κάλυψης γης επιλέχθηκαν 20 δείγματα από τη δορυφορική εικόνα με τη χρήση φωτοερμηνείας. Από αυτά τα δείγματα, τα στατιστικά στοιχεία που περιγράφουν τη μεταβλητότητα της ανάκλασης, υπολογίστηκαν με τις φασματικές υπογραφές που είχαν ενσωματωθεί στον αλγόριθμο ταξινόμησης. Οι οικισμοί, η αρδευόμενη γεωργία και η μεταφορά του δικτύου ήταν οι χρήσεις γης που εμφάνισαν το μεγαλύτερο ενδιαφέρον χάρη στη γειτνίαση τους με τη λίμνη – υγρότοπο και ήταν μια πιθανή πηγή ρύπανσης. Δημιουργήθηκε ένας ξεχωριστός θεματικός χάρτης, ώστε να είναι εμφανής η χωρική κατανομή των αρδευόμενων τομέων και των φρεατίων άντλησης. Η εικόνα 1, δίνει μια ποιοτική αξιολόγηση της άντλησης των επιπτώσεων στον υδροφόρο και τη πηγή της γεωργικής ρύπανσης.

Υδρολογικά δεδομένα

Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους της Κορώνειας λεκάνης χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση της επιφανειακής υδρολογίας. Πληροφορίες για τα στρώματα νερού (κατεύθυνση ροής νερού, συσσώρευση ροής, φυσικό δίκτυο αποστράγγισης) παρήχθησαν με τα συνήθη εργαλεία της υδρολογίας στο λογισμικό GIS. Χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία βροχοπτώσεων και θερμοκρασίας σε συνδυασμό με τα εργαλεία για την εκτίμηση της τάσης της διαθεσιμότητας νερού στη λίμνη Κορώνεια μέχρι το 2011. Η μεθοδολογία αυτή ενσωματώθηκε στη τροποποιημένη μέθοδο Turc για την εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής με παρεμβολή Kriging για τα δεδομένα των μετεωρολογικών δεδομένων, καθώς και υπάρχουσες μελέτες σχετικά με άντληση των υπογείων υδάτων, επαναπλήρωσης και επιφανειακής απορροής. Με αυτά τα δεδομένα, αποδείχθηκε ότι η διαθεσιμότητα του νερού στη λεκάνη μειώθηκε αισθητά τη περίοδο 1985-2002. Συνοψίζοντας, ένα σύνολο πιθανών εκτάσεων επιφανειακών υδάτων υπολογίστηκε για την εκτίμηση της απώλειας νερού μέσω της εξάτμισης της επιφάνειας της λίμνης, ενώ παράλληλα υπολογίστηκε ένας πιθανός όγκος νερού για την εκτίμηση της ικανότητας αποθήκευσης νερού που θα συμβάλλει στην αποκατάσταση της λίμνης.

Υδρογεωλογικά δεδομένα

Η τροφοδοσία του υδροφόρου, γίνεται μέσω της διήθησης των βροχοπτώσεων και από ρεύματα διαρροής . Τα πηγάδια άντλησης γύρω από τη λίμνη χρησιμοποιούνται κυρίως για άρδευση και βιομηχανικές πρακτικές. Υπάρχει ένα αρνητικό υδατικό ισοζύγιο για τον υδροφόρο που επηρεάζει άμεσα τη στάθμη του νερού στη λίμνη. Ο κύριος λόγος για την αρνητική αυτή ισορροπία είναι η αυξημένη άντληση νερού και η εξάντληση των υδάτων μέσω της εξατμισοδιαπνοής. Τελικά, υπολογίστηκε ο όγκος των διαθέσιμων υδάτων και εκτιμήθηκε το έλλειμμα νερού από το 1982.

Σενάρια αποκατάστασης

Τέσσερα σενάρια αποκατάστασης εξετάστηκαν και αντανακλούν διαφορετικές προσεγγίσεις ως προς την αποκατάσταση της λίμνης. Αυτά τα σενάρια διατυπώθηκαν λαμβάνοντας υπόψη τους στόχους αποκατάστασης και το επιθυμητό επίπεδο της απόδοσης των λειτουργιών. Οι επιθυμητές συνθήκες της νέας λίμνης - υγροτόπου ήταν η εξής: Δημιουργία οικοτόπων, αναπλήρωση του νερού της λίμνης, διατήρηση του μεγέθους της λίμνης (τουλάχιστον 3400 εκτάρια) στις παρούσες συνθήκες. Αυτές οι ανάγκες διατυπώθηκαν στα εξής σενάρια:

Σενάριο 1: Καμία παρέμβαση στη λίμνη και τον υγρότοπο Σενάριο 2: Βυθοκόρηση (καθαρισμός πυθμένα) Λίμνης Σενάριο 3: Δημιουργία υγροτόπων Σενάριο 4: Βυθοκόρηση λίμνης και δημιουργία υγροτόπων

Εικόνα 2: Απεικόνιση της λίμνης με την εφαρμογή του σεναρίου 4

Το λογισμικό GIS χρησιμοποιήθηκε για τη προσομοίωση των πιθανών σεναρίων και τη διευκόλυνση της αξιολόγησης. Ως καταλληλότερη λύση για την αποκατάσταση της λίμνης Κορώνειας επιλέχθηκε το Σενάριο 4, δηλαδή η βυθοκόρηση της λίμνης (καθαρισμός του πυθμένα) καθώς και η δημιουργία υγροτόπων. Η εφαρμογή του σεναρίου 4 θα αυξήσει τη στάθμη του νερού της λίμνης κατά 0,5m ενώ θα δημιουργηθεί στο δυτικό άκρο της λίμνης ένας υγρότοπος. Επιπλέον 117 εκτάρια λίμνης θα ανασυρθούν από το πυθμένα για την αύξηση του βάθους της λίμνης, παρέχοντας καταφύγιο για τα ψάρια σε περιόδους ξηρασίας. Παράλληλα θα πραγματοποιείται ανακύκλωση του νερού. Αυτό το σενάριο αναμένεται να αξιοποιήσει και να αναδείξει τον υγρότοπο σε μέγιστο βαθμό (εικόνα 2).

Συμπεράσματα

Οι υγρότοποι είναι παροδικά, αλά δυναμικά οικοσυστήματα. Κρίνεται αναγκαίο να αποκατασταθεί ο υποβαθμισμένος υγρότοπος της λίμνης Κορώνειας, προκειμένου να στηρίξει το κύκλο του νερού της λεκάνης απορροής καθώς και να επιτευχθούν οι στόχοι διατήρησης στο πλαίσιο της προσέγγισης της λεκάνης απορροής του ποταμού. Η τηλεπισκόπιση χρησιμοποιήθηκε εκτενώς ως πηγή δεδομένων λόγω πλεονεκτημάτων κόστους και οφέλους. Τεχνικές GIS χρησιμοποιήθηκαν για την απεικόνιση, ανάλυση και συνδυασμό στοιχείων για την ανάκτηση πληροφοριών σχετικά με την οικολογική κατάσταση της λεκάνης απορροής, τη διαθεσιμότητα των φυσικών πόρων και την αξιολόγηση των επιπτώσεων των ανθρώπινων δραστηριοτήτων στη λίμνη. Η επιτόπια έρευνα περιορίστηκε για την ελαχιστοποίηση του κόστους. Έχοντας υπόψη την εφαρμογή ενός βιώσιμου σεναρίου προσδοκάται η λειτουργική και διαρθωτική αποκατάσταση της λίμνης με βάση τη διαθεσιμότητα των φυσικών πόρων. Το σχέδιο αποκατάστασης πραγματεύεται την αναγνώριση των κατάλληλων μέτρων και δράσεων, σε επίπεδο λεκάνης απορροής των υγροτόπων, προκειμένου να αποκατασταθεί η λίμνη και να ελαχιστοποιήσει τις πηγές της υποβάθμισης στο επίπεδο λεκάνης απορροής.