Τηλεπισκοπικός και Υδραυλικός χαρακτηρισμός των ενδιαιτημάτων σε τροπικό ποταμό Montane: ποταμός Bladen, Μπελίζ

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 16:54, 25 Φεβρουαρίου 2018

Τηλεπισκοπικός και Υδραυλικός χαρακτηρισμός των ενδιαιτημάτων σε τροπικό ποταμό Montane: ποταμός Bladen, Μπελίζ

Στοιχεία κειμένου: Sarah Praskievicz and Emily Buege:‘Remote-Sensing Hydraulic Characterization of Channel Habitat Units in a Tropical Montane River: Bladen River, Belize’,

Keywords: channel habitat units; hydraulic modeling; hydraulically assisted bathymetry, [[1]]

Περίληψη

Η οριοθέτηση των ενδιαιτημάτων είναι ιδιαίτερα δύσκολη στα τροπικά ποτάμια, πολλά από τα οποία είναι απομακρυσμένα και δύσκολα προσβάσιμα και γίνεται συχνά με οπτική εκτίμηση κατά τη διάρκεια επίσκεψης σε πεδίο, η οποία είναι προβληματική διότι, οι οπτικές εκτιμήσεις είναι υποκειμενικές, ακόμη και για καλά καθορισμένα ενδιαιτήματα και επίσης είναι δαπανηρή και χρονοβόρα διαδικασία. Εδώ έγινε συνδυασμός μετρήσεων πεδίου, τηλεπισκόπησης και υδραυλικής μοντελοποίησης σε ένα τμήμα 4,1 km του ποταμού Bladen στο νότιο Μπελίζ. Διαπιστώθηκε ότι το πιο διαδεδομένο ενδιαίτημα στο τμήμα μελέτης ήταν οι διαδρομές, ακολουθούμενες από βαθιά και ρηχά χωρίς ροή νερά. Η μέση απόσταση των ενδιαιτημάτων ήταν έως και διπλάσια σε σχέση με τις τυπικές τιμές που αναφέρθηκαν για τους ποταμούς μεσαίου γεωγραφικού πλάτους, πιθανώς λόγω των υψηλών ποσοστών διάβρωσης στο τροπικό περιβάλλον. Η προσέγγιση που αναπτύσσεται εδώ μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλα ποτάμια για να καταστεί δυνατή η κατανόηση των ελέγχων και της χωρικής κατανομής ενδιαιτημάτων σε τροπικά ποτάμια και να υποστηριχθούν οι στόχοι διαχείρισης και διατήρησης των ποταμών.

Υλικά και μέθοδοι

Η περιοχή μελέτης είναι ο ποταμός Bladen στο νότιο Μπελίζ, ο οποίος συνδέεται με τον κλάδο Swasey για να σχηματίσει τον ποταμό Monkey περίπου 16 χιλιόμετρα πριν από την Καραϊβική Θάλασσα στην πόλη Monkey River Town. Το κλίμα της περιοχής είναι τροπικό, με μέση ετήσια θερμοκρασία 25 ° C και μέση ετήσια βροχόπτωση 406 cm. Η εργασία πεδίου διεξήχθη τον Μάιο του 2016, κατά τη διάρκεια της ξηράς περιόδου, όταν οι ροές είναι χαμηλές στον ποταμό Bladen. Για μια απόσταση περίπου 700 μέτρων πριν από τον σταθμό BFREE ("Πεδίο 1") και για απόσταση 600 μ. προς τα πάνω ("Πεδίο 2") δημιουργήσαμε διατομές σε όλο το κανάλι κάθε 20 μέτρα και πραγματοποιήσαμε μετρήσεις βάθους και ταχύτητας κάθε 2 μέτρα σε κάθε διατομή, για συνολικά 761 μετρήσεις. Το βάθος μετρήθηκε με σταδία και η ταχύτητα με μετρητή ρεύματος Marsh-McBirney. Η ποσότητα δεδομένων πεδίου είναι ανεπαρκής, έχουμε, ωστόσο, πρόσβαση σε μια υψηλής ανάλυσης (10-εκατοστών) εναέρια εικόνα ενός τμήματος 4,1 km του ποταμού Bladen, το οποίο περιλαμβάνει το Πεδίο 1 και το Πεδίο 2, καθώς και 2,7 km του ποταμού ανάντη του σταθμού BFREE που δεν μπορούσαμε να ερευνήσουμε.

Τηλεπισκόπηση

Η πηγή δεδομένων που χρησιμοποιήσαμε για να υπολογίσουμε το βάθος για το ανάντη τμήμα, όπου δεν ήταν διαθέσιμες μετρήσεις βάθους, ήταν μια αεροφωτογραφία υψηλής ανάλυσης (10 cm) Εφαρμόσαμε το μοντέλο Hydraulically Assisted Bathymetry 2 (HAB-2), έναν αλγόριθμο που σχεδιάστηκε για να εκτιμήσει το βάθος του νερού από τις απομακρυσμένες εικόνες με βάση τον νόμο Beer-Lambert για εκθετική απορρόφηση του φωτός σε στήλες νερού με ελάχιστη διάσπαση. Το HAB-2 λειτουργεί καλύτερα σε καθαρό νερό και η θολερότητα του ποταμού Bladen κατά τη διάρκεια της ξηρής περιόδου, όταν αποκτήθηκαν τόσο τα δεδομένα πεδίου όσο και οι αεροφωτογραφίες, είναι πολύ χαμηλή. Η ακρίβεια των εκτιμήσεων βάθους HAB-2 επηρεάζεται επίσης από άλλους παράγοντες, όπως σκίαση από δέντρα. Ωστόσο, επειδή ο ποταμός Bladen έχει ένα σχετικά ευρύ δίαυλο, τέτοιες επιπτώσεις επηρέασαν μόνο ένα μικρό κλάσμα της συνολικής περιοχής του καναλιού.

Υδραυλική Μοντελοποίηση

Προκειμένου να εκτιμηθεί η ταχύτητα ροής χρησιμοποιήσαμε τo λογισμικό υδραυλικής μοντελοποίησης (iRIC). Το iRIC περιέχει έναν αριθμό λύσεων. H επίλυση που χρησιμοποιήσαμε ήταν η μεταφορά ροής και ιζημάτων με μορφολογική εξέλιξη καναλιών (FaSTMECH), ένα δισδιάστατο σχεδόν σταθερό υδραυλικό μοντέλο. Εκτελέσαμε κάποιες απλές χωρικές στατιστικές - συμπεριλαμβανομένου του υπολογισμού του συνολικού μήκους, του ποσοστού του μήκους τμήματος και της μέσης απόστασης κάθε μονάδας - για την ανάλυση της χωρικής κατανομής των ενδιαιτημάτων σε όλο το διαμορφωμένο τμήμα του ποταμού Bladen. Αποτελέσματα μελέτης Η ταξινόμηση έγινε για τους τρεις πιο συνηθισμένους τύπους ενδιαιτημάτων: βαθιά χωρίς ροή νερά (λίμνες), ρηχά χωρίς ροή νερά (αβαθή) και διαδρομές. Αυτοί οι τύποι μπορούν να ταξινομηθούν μόνο με βάση το βάθος και την ταχύτητα, χωρίς να χρειάζονται πρόσθετα δεδομένα, όπως συνθήκες υποστρώματος, που δεν είναι διαθέσιμα για ολόκληρο το τμήμα μελέτης.

Ο επικρατέστερος τύπος της μελέτης ήταν διαδρομές, οι οποίες αποτελούσαν σχεδόν το ήμισυ (47%) του συνολικού μήκους. Αυτό εξηγείται από τις τιμές ταχύτητας-βάθους που ορίζουν μια διαδρομή και που ουσιαστικά καθιστά διαδρομή ό,τι δεν αποτελεί νερό χωρίς ροή. Ο δεύτερος πιο διαδεδομένη τύπος είναι οι λίμνες, οι οποίες αποτελούσαν το 32% του συνολικού μήκους του τμήματος και βρέθηκαν συχνότερα στο εξωτερικό των στροφών. Η λιγότερο επικρατούσα μονάδα ήταν τα αβαθή, που αποτελούσαν μόλις 21 % του συνολικού μήκους του τμήματος. Επίσης η μέση απόσταση μεταξύ κάθε ενδιαιτήματος κυμαίνεται από 284 μ. για πισίνες σε 550 μ. για διαδρομές. Συμπεράσματα

• Ένα πλεονέκτημα της προσέγγισης μας είναι ότι βασίζεται σε υδραυλικές μεταβλητές (βάθος και ταχύτητα), και όχι μόνο στις φασματικές υπογραφές των διαφορετικών τύπων ενδιαιτημάτων.
• Ένας περιορισμός της τηλεπισκόπησης για τον προσδιορισμό των τύπων ενδιαιτημάτων είναι ότι οι αλγόριθμοι δεν λειτουργούν σε θολά ύδατα. Παρόλο που ο ποταμός Bladen αποτέλεσε μια ιδανική περίπτωση, τέτοιες συνθήκες δεν είναι κοινές σε τροπικούς ποταμούς, οι οποίοι συχνά εμφανίζουν υψηλή θολερότητα και έχουν πυκνή παρακείμενη βλάστηση. Σε τέτοιες περιπτώσεις, εναλλακτικοί αισθητήρες όπως το μπλε-πράσινο LiDAR μπορεί να είναι προτιμητέοι για τη χαρτογράφηση.
• Τόσο οι εκτιμήσεις HAB-2 του βάθους όσο και τα προσομοιωμένα από το FaSTMECH βάθη και ταχύτητες παρουσίασαν μεροληψία η οποία θα μπορούσε να μετριαστεί με τα δεδομένα εκφόρτισης από τους σταθμούς μέτρησης, πράγμα που θα επέτρεπε την ακριβέστερη βαθμονόμηση του συντελεστή β διάχυτης εξασθένησης στο μοντέλο HAB-2.
• Η μεγαλύτερη πηγή αβεβαιότητας είναι η υδραυλική μοντελοποίηση. Οι εκτιμήσεις βάθους από το μοντέλο HAB-2 ταιριάζουν αρκετά καλά στις παρατηρήσεις, αλλά το βάθος και η ταχύτητα του μοντέλου FaSTMECH δεν ταιριάζουν.
• Αυτή η μελέτη βρήκε κάποιες ενδείξεις ότι η απόσταση των ενδιαιτημάτων σε αυτό το τμήμα του ποταμού Bladen είναι μεγαλύτερη από τις τυπικές τιμές που αναφέρθηκαν για τους ποταμούς μέσου γεωγραφικού πλάτους. Όμως, επειδή αφορούσε μόνο ένα μικρό τμήμα ενός ενιαίου ποταμού, δεν υπάρχουν αρκετές πληροφορίες για να γενικεύσει το συμπέρασμα για τα τροπικά ποτάμια.
• Δεδομένης της μεγάλης βιοποικιλότητας των τροπικών ποταμών - και των απειλών για τους ποταμούς αυτούς από την κλιματική αλλαγή, την αλλαγή χρήσης γης, την κατασκευή φραγμάτων - είναι επιτακτική ανάγκη να αναπτυχθεί μια πιο ολοκληρωμένη μέθοδος ελέγχων και χωρικής κατανομής ενδιαιτημάτων στα τροπικά ποτάμια.