Τεχνικές τηλεπισκόπησης ως εργαλείο ανίχνευσης εκροών νερού. Η μελέτη περίπτωσης της Νήσου Κεφαλονιάς.

Από RemoteSensing Wiki

---

Αναθεώρηση της 16:19, 23 Ιανουαρίου 2018

Αντικείμενο Εφαρμογής: Η εφαρμογή των μεθόδων τηλεπισκόπησης στο νησί της Κεφαλονιάς.

Πρωτότυπος Τίτλος: «REMOTE SENSING TECHNIQUES AS A TOOL FOR DETECTING WATER OUTFLOWS. THE CASE STUDY OF CEPHALONIA ISLAND»

Συγγραφείς: Stefouli M., Vasileiou E., Charou E., Stathopoulos N., Perrakis A., Giampouras P.

Πηγή:https://www.researchgate.net/publication/313231657_Remote_sensing_techniques_as_a_tool_for_detecting_water_outflows_The_case_study_of_Cephalonia_Island_p1519 Λέξεις Κλειδιά: τηλεπισκόπηση, υπόγειο νερό, εκροές, Κεφαλονιά

1. Στόχος Εφαρμογής Ο εντοπισμός των εκροών του υπόγειου νερού με τεχνικές τηλεπισκόπησης, που αποτελούν πολύτιμο εργαλείο για τον εντοπισμό και την ταυτοποίηση των υποθαλάσσιων εκφορτίσεων.

2. Εισαγωγή Η τηλεπισκόπηση είναι ισχυρό εργαλείο που παρέχει λύσεις σε προβλήματα υδατικών πόρων, όπως η αξιολόγηση της ποιότητας, ο προσδιορισμός της διαθεσιμότητας, η διαχείριση των πλημμυρών, η κατανόηση του φυσικού περιβάλλοντος και η διαχείριση των πόρων. Οι παράκτιοι υδροφορείς έχουν την τάση να καταλήγουν στη θάλασσα, ενώ οι καρστικοί υδροφορείς, αν συνδέονται με αυτή, έχουν ως αποτέλεσμα μια κυρίαρχη ροή υποθαλάσσιων πηγών. Αυτή μπορεί να προκληθεί από την χερσαία κλίση, καθώς και από θαλάσσιες διεργασίες. Η σύσταση των υδάτων αλλάζει ανά περιοχή, και εξαρτάται από την αγωγιμότητα, την υδρολογική λεκάνη και πολλούς άλλους παράγοντες. Οι ρυθμοί ανακύκλωσης θαλασσινού νερού 60%. Δεδομένου ότι τα φαινόμενα που οφείλονται σε κύματα και παλίρροια σπανίως απουσιάζουν εντελώς, μεγάλη ανακύκλωση θαλασσινού νερού πρέπει να συμβαίνει σε παγκόσμια κλίμακα, ενώ οι τοπικές επιδράσεις της κυριαρχούν σε κοντινά ακτοπλοϊκά περιβάλλοντα. Η συμβολή των δεδομένων τηλεπισκόπησης στην γεωλογική / γεωμορφολογική χαρτογράφηση και ο προσδιορισμός των μεταβολών της εκροής γλυκού νερού μέσα στο χρόνο υποδεικνύεται με την επεξεργασμένη δορυφορική απεικόνιση για την περιοχή του έργου.

3. Μελέτη περιοχής: Κεφαλονιά, Ελλάδα Το νησί της Κεφαλονιάς στο Ιόνιο πέλαγος, με 781 km2, περίπου 35.000 κατοίκους και σημαντική τουριστική ανάπτυξη. Οι υδρογεωλογικές συνθήκες της περιοχής είναι πολύ περίπλοκες. Το νησί μπορεί να χαρακτηριστεί ως ορεινό στο μεγαλύτερο μέρος του. Εμφανίζονται, επιπλέον, διάφορα καρστικά συστήματα που δημιουργούν ένα πολύ ενδιαφέρον υδροδυναμικό καθεστώς, με υδροφόρους ορίζοντες υψηλής χωρητικότητας, εκκενώσεις πηγών και εκροές νερού στη θάλασσα γύρω από αυτό.

3.1. Γεωλογία-Υδρογεωλογία Το νησί ανήκει στις γεωτεχνικές ζώνες των Παξών και του Ιονίου. Η ζώνη των Παξών καλύπτει το ευρύτερο τμήμα του νησιού. Οι κυριότεροι σχηματισμοί της είναι οι ασβεστόλιθοι, αλλά εμφανίζονται και δολομιτικοί ασβεστόλιθοι και δολομίτες. Πάνω από αυτούς υπάρχουν μάρμαρα, άργιλοι ή εναλλαγές αυτών με ψαμμίτες και ασβεστόλιθους. Επίσης, υπάρχουν πολλά ρήγματα με κύριες κατευθύνσεις ΒΒΔ-ΝΝΑ, Β-Ν, ΒΑ-ΝΔ και Α-Δ, και καλύπτεται κυρίως από ανθρακικούς σχηματισμούς, οι οποίοι είναι διαπερατοί. Λόγω αυτών δεν υπάρχει σημαντική επιφανειακή απορροή, αφού οι βροχοπτώσεις διεισδύουν και επαναφορτίζουν τους καρστικούς υδροφορείς. Συνολικά, αναπτύσσονται έξι διαφορετικά καρστικά συστήματα και πολλές υποθαλάσσιες πηγές με σημαντικές εκροές. Η ποιότητα του νερού ποικίλλει. Η απορροή στη θάλασσα λαμβάνει χώρα στις παράκτιες περιοχές, επειδή τα περισσότερα από τα καρστικά συστήματα είναι ανοιχτά ή λόγω υπερεκμετάλλευσης των υδροφοριών. Σε πολλές δειγματοληψίες έχει μετρηθεί υψηλή αλατότητα, ενώ σε πολλές περιπτώσεις παρουσιάζεται και «ρύπανση» επειδή οι ασβεστόλιθοι είναι διαλυτοί και πραγματοποιείται ανταλλαγή ιόντων. Όλες αυτές οι ειδικές υδρολογικές και υδρογεωλογικές συνθήκες δημιουργούν το σύνθετο σύστημα υπόγειων υδάτων που αλληλεπιδρά με τη θάλασσα στην Κεφαλονιά. Απαιτείται, λοιπόν, η εκμετάλλευση αυτών των εκροών αφού τα αποθέματα νερού μειώνονται, αλλά οι απαιτήσεις αυξάνονται.

4. Ανάλυση δεδομένων τηλεπισκόπησης μέσω υπερύθρων

Η τηλεπισκόπηση IR χρησιμοποιείται για την ταχεία αξιολόγηση μεγάλων περιοχών και την απόκτηση χρήσιμων πληροφοριών και μετρήσεων θερμοκρασίας της στεριάς και της επιφάνειας της θάλασσας. Οι τοπικές θερμικές εικόνες έχουν χρησιμοποιηθεί στην παρακολούθηση της και τη διαχείριση των υδάτινων πόρων, της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης, των κατανομών θερμοκρασίας της επιφάνειας της λίμνης. Από τη δεκαετία του 1970, τόσο το δορυφορικό όσο και το αερομεταφερόμενο TIR έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανίχνευση της απόρριψης υπόγειων υδάτων, είτε θερμότερου είτε ψυχρότερου από τα περιβάλλοντα επιφανειακά ύδατα, ανιχνεύοντας με επιτυχία την αντίθεση στη θερμοκρασία του νερού από διαφορετικές πηγές. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν οι εικόνες Landsat Thermal Infrared για την μέτρηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας και των θερμικών ανωμαλιών. Ο θερμικός υπέρυθρος μετρά μόνο τις επιφανειακές θερμοκρασίες, επομένως η εφαρμογή του περιορίζεται στο θαλάσσιο νερό της επιφάνειας. Η θερμοκρασία των υπόγειων υδάτων είναι σχετικά σταθερή και είναι η μέση θερμοκρασία της περιοχής, ενώ οι θερμοκρασίες των επιφανειακών υδάτων είναι μεταβλητές με την αλλαγή των εποχών.

4.1 Ανίχνευση και ερμηνεία θερμικών παραλλαγών

Για την ανάλυση μεταφορτώθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν 6 εικόνες Landsat 7 για διάφορα έτη και 1 εικόνα Landsat5 για το 2011. Έπειτα, εφαρμόστηκαν διάφορες τεχνικές επεξεργασίας για την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων, και προεπεξεργασία και βελτίωση της εικόνας για τον προσδιορισμό των περιοχών ενδιαφέροντος. Παρατηρήθηκαν μεταβολές της έντασης στις θερμικές ζώνες. Το σκούρο κόκκινο χρώμα αντιστοιχεί στα κρύα νερά, ενώ είναι το ανοικτό κόκκινο στα θερμότερα.

4.2 Ποσοτική εκτίμηση των θερμικών ανωμαλιών

Για την ποσοτική εκτίμηση των θερμικών ανωμαλιών, η ψηφιακή πληροφορία μετατράπηκε σε θερμοκρασία χρησιμοποιώντας τις σχετικές πρότυπες διαδικασίες για Landsat 5 και Landsat 7. Οι θερμοκρασίες της επιφάνειας της θάλασσας υπολογίστηκαν για όλες τις εικόνες και κυμαίνονται μεταξύ 19,5-23,5°C. Οι θερμικές ανωμαλίες στην παράκτια ζώνη της Κεφαλονιάς μελετήθηκαν για την πιθανή συσχέτισή τους με την εκροή γλυκού νερού, με τη βοήθεια τοπογραφικών και γεωλογικών χαρτών. Μια προκαταρκτική ανάλυση αποκαλύπτει ότι οι υδραυλικές κλίσεις στη γη οδηγούν σε διήθηση των υπόγειων υδάτων κοντά στην ακτή. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι βαθύτεροι υδροφορείς μπορεί να έχουν ρωγματώσεις στα υπερκείμενα στρώματα που επιτρέπουν την ανταλλαγή υγρών μεταξύ του υπόγειου νερού και της θάλασσας. Αυτό φαίνεται να συμβαίνει στον κόλπο του Αργοστολίου (Σχήμα 1), όπου έχουν εντοπιστεί θερμικές ανωμαλίες στις θερμικές ζώνες Landsat (τα κρύα ρεύματα υπόγειων νερών εμφανίζονται με σκούρο κόκκινο και τα πιο θερμά θαλάσσια με πιο ανοιχτό κόκκινο).

Στο Σχήμα 2, εντοπίζονται περιοχές νερού με θερμοκρασία χαμηλότερη από το θαλάσσιο (βαθύ μπλε χρώμα).

5. Αποτελέσματα και συζήτηση

Για τον εντοπισμό της εκροής των υπόγειων υδάτων στον παράκτιο υδροφόρο ορίζοντα της Κεφαλονιάς εφαρμόζεται μια προσέγγιση συμπληρωματικών τεχνικών. Έχουν παρατηρηθεί μεγάλες παράκτιες εκροές χρησιμοποιώντας τεχνικές τηλεπισκόπησης, που παρέχει σημαντικές πληροφορίες για διαφορετικές παραμέτρους ενός υδρολογικού έργου. Οι θέσεις των εκροών φαίνεται να συνδέονται με τεκτονικές ασυνέχειες, που μπορούν να χαρτογραφηθούν λεπτομερώς στις δορυφορικές εικόνες. Αυτές οι ασυνέχειες χρησιμοποιούνται ως αγωγοί για τη ροή υπογείων υδάτων. Οι γεωλογικοί σχηματισμοί της Κεφαλονιάς δημιουργούν ευνοϊκές συνθήκες για την εμφάνιση υποθαλάσσιων πηγών. Οι διαφορές που παρατηρούνται μεταξύ των εκροών που έχουν καταγραφεί στο πεδίο και εκείνων που ερμηνεύονται από δορυφορικές εικόνες, οφείλονται στην ανάλυση της εικόνας των θερμικών ζωνών και στις επικρατούσες υδρολογικές συνθήκες κατά το προηγούμενο έτος από εκείνο της έρευνας πεδίου που πραγματοποιήθηκε. Δορυφορικά δεδομένα μπορούν να αναλυθούν για τη δημιουργία βάσης δεδομένων που απαιτούνται για υδρολογικές μελέτες. Επίσης, μπορεί η βάση αυτή να χρησιμοποιηθεί ώστε να εκτιμηθούν οι αλλαγές για τις εκροές γλυκού νερού στις παράκτιες περιοχές, ενώ τα τεκτονικά χαρακτηριστικά μπορούν να χαρτογραφηθούν αποτελεσματικά. Το πρόσθετο πλεονέκτημα της προτεινόμενης προσέγγισης είναι ότι παρέχει στους τελικούς χρήστες μια ποικιλία δεδομένων, και ότι βοηθά στην αποτελεσματική ανάλυση και πρόβλεψη. Αν και τα εργαλεία Landsat είναι βελτιστοποιημένα για επίγειους στόχους, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη εκροών νερού στη θάλασσα. Είναι δυνατόν να εντοπιστούν θερμικές ανωμαλίες στην επιφάνειά της και να εκτιμηθεί η θερμοκρασία καθώς και η έκτασή τους. Το πρόβλημα της χρήσης του Landsat για μια τέτοια μελέτη είναι η μεγάλη ανάλυση των εικόνων τους. Ωστόσο, η επεξεργασία αυτών των εικόνων μαζί με καλή γνώση της γεωλογίας, της τοπογραφίας και της υδρολογίας, μπορεί να αποκαλύψει μια δυνατότητα ανίχνευσης ροών γλυκού νερού. Η τεχνολογία τηλεπισκόπησης έχει μεγάλες δυνατότητες παρακολούθησης και διαχείρισης των υπόγειων υδάτων παρέχοντας δεδομένα που συμπληρώνουν τα συμβατικά δεδομένα πεδίου. Σημαντικές βασικές έρευνες και εξελίξεις είναι απαραίτητες στο μέλλον για ενισχυμένες και ευρείας κλίμακας εφαρμογές αυτών των δύο εξαιρετικά ελπιδοφόρων και οικονομικά βιώσιμων τεχνικών στην υδρολογία των υπογείων υδάτων.