Εκτίμηση των επιπτώσεων της αστικοποίησης στη σχέση βροχής-απορροής με χρήση ενός τηλεπισκοπικού μοντέλου

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 11:48, 14 Μαρτίου 2016

Συγγραφείς: B. Verbeirena, T. Van De Voordeb, F. Cantersb, M. Binardc, Y. Cornetc, O. Batelaana

Πηγή: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303243412001742

Σκοπός

Η συγκεκριμένη μελέτη στοχεύει στην ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας εκτίμησης της αστικής δυναμικότητας σε ότι αφορά τις αστικές λεκάνες απορροής και τις ανάλογες επιπτώσεις τους στην υδρολογία. Ο στόχος αυτός επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας μια πολυχρονική τηλεπισκοπική μέθοδο η οποία υποστηρίζεται συνδυαστικά με την υδρολογική μοντελοποίηση, προσεγγίζοντας μια ικανοποιητική προσομοίωση για της αστικές περιοχές.

Εικόνα 1: Περιοχή μελέτης

Μεθοδολογία

Η μεθοδολογία της συγκεκριμένης μελέτης για την υποστήριξη των υδρολογικών μοντέλων με τη χρήση τηλεπισκοπικών μεθόδων συνοψίζεται στα παρακάτω βήματα:

• Χρησιμοποιήθηκε το φυσικό μοντέλο βροχής-απορροής WetSpa για την ενσωμάτωση των πληροφοριών που προήλθαν από τα λεπτομερή τηλεπισκοπικά δεδομένα της χρήσης γης αστικών περιοχών και τα χαρακτηριστικά των στεγανοποιημένων περιοχών. Το μοντέλο αυτό προσαρμόστηκε επιτυχώς.
• Μια χρονοσειρά πέντε αστικών σημείων μέσης ανάλυσης και οι αντίστοιχοι αναλογικοί χάρτες sub-pixel των στεγανοποιημένων επιφανειών δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας Landsat και SPOT εικόνες. Η συνοχή των αστικών masks και η αναλογία των χρονοσειρών των στεγανοποιημένων περιοχών εξερευνήθηκε μέσω της ανάλυσης της αστικής εξέλιξης.
• Σε αυτό το στάδιο, μελετήθηκαν δύο περιπτώσεις. Στην πρώτη περίπτωση συγκρίνεται το παραδοσιακό μοντέλο χρήσης γης σε κατηγορίες για την υδρολογική παραμετροποίηση με την τηλεπισκοπική sub-pixel προσέγγιση. Στη Δεύτερη περίπτωση χρησιμοποιείται ως περιοχή μελέτης η λεκάνη απορροής του ποταμού Tolka στο Δουβλίνο της Ιρλανδίας (εικόνα 1). Στην περίπτωση αυτή αξιολογείται η επίδραση της αστικής ανάπτυξης στην υδρολογία της συγκεκριμένης περιοχής.

Αποτελέσματα

Παρά το γεγονός ότι η ανάλυση της αστικής εξέλιξης εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ελάχιστα στις αστικές μελέτες, έχει αποδειχθεί ότι είναι ύψιστης σημασίας στην περίπτωση της ανάλυσης χρονοσειρών. Η ανάλυσης αυτή επέτρεψε το να ταχτοποιηθεί το είδος των αλλαγών στο 99% των pixels. Επίσης η έρευνα έδειξε ότι οι συνεχείς τηλεπισκοπικές μέθοδοι που προέρχονται από χάρτες χρήσεων γης προτιμούνται σε σχέση με τις εναλλακτικές πηγές όπως είναι το CORINE για να αποφευχθούν λάθη, ανακόλουθες ερμηνείες αλλά και για την εξασφάλιση της πιο λεπτομερούς χωρικής ανάλυσης του αστικού ιστού. Στην πρώτη περίπτωση που μελετήθηκε διαπιστώθηκε ότι τόσο το παραδοσιακό μοντέλο χρήσεων γης με κατηγορίες όσο και η τηλεπισκοπική sub-pixel προσέγγιση δύναται να προσομοιώσουν τις απορρίψεις στη λεκάνη απορροής δίνοντας αντίστοιχα αποτελέσματα. Παρολαυτά η τηλεπισκοπική sub-pixel προσέγγιση οδηγεί σε υψηλότερες τιμές απόρριψης. Το αποτέλεσμα αυτό επιβεβαιώνει τη σημασία απόκτησης λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με τις στεγανοποιημένες περιοχές για τις υδρολογικές προσομοιώσεις στις αστικές λεκάνες απορροής. Επίσης, ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με την υδρολογική παραμετροποίηση είναι ότι με τη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων υπάρχουν ακριβή στοιχεία για τη θέση αλλά και τη χρονική στιγμή. Σε ότι αφορά τη δεύτερη περίπτωση που μελετήθηκε για την επίπτωση της αστικοποίησης, οι υδρολογικές προσομοιώσεις φανέρωσαν ότι στην περιοχή μελέτης από το 1988 έως το 2006 ο σταθερός ρυθμός αστικής ανάπτυξης έχει σημαντική επίπτωση στις απορρίψεις της λεκάνης απορροής. (εικόνα 2). Επίσης, η υδρολογική απόκριση είναι ταχύτερη, γεγονός που οφείλεται στην αστικοποίηση. (εικόνα 3) Οι χωρικοί χάρτες επιφανειακής απορροής προσδιορίζουν ζώνες με υψηλή παραγωγικότητα απορροής.

Εικόνα 2: Χάρτες πιθανού συντελεστή απορροής για την περιοχή μελέτης το 2006

Εικόνα 3: Το αποτέλεσμα της αστικοποίησης στη λεκάνη απορροής της περιοχής μελέτης. Ο χάρτης δείχνει τη μηνιαία αύξηση της επιφανειακής απορροής από το 1988 έως το 2006. (sub-pixel maps)

Εικόνα 4: a)Χωρική κατανομή απορροής το Νοέμβριο 200 ( sub-pixel ) (b) διαφορά σε σύγκριση με την παραδοσιακή μέθοδο.

Συμπεράσματα

Όπως επισημαίνεται, είναι προφανές ότι το είδος πληροφοριών που αναλύονται στη μελέτη αυτή είναι ιδιαίτερα σημαντικές για τη λήψη αποφάσεων σχετικά με τη διαχείριση των υδάτων στις πόλεις. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν ότι τα μοντέλα που βασίζονται σε τηλεπισκοπικές μεθόδους δεν περιορίζονται μόνο στο να προσδιορίσουν την αύξηση στον όγκο των υδάτων εξαιτίας της αστικοποίησης αλλά είναι δυνατό να προσδιοριστούν και οι ακριβείς τοποθεσίες όπου πλήττονται περισσότερο από το φαινόμενο αυτό.