ΟΡΙΟΘΕΤΗΣΗ-ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΟΥΒΙΑΚΩΝ ΡΙΠΙΔΙΩΝ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ LANDSAT/TM ΚΑΙ TERRA/ASTER
Από RemoteSensing Wiki
ΟΡΙΟΘΕΤΗΣΗ-ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΟΥΒΙΑΚΩΝ ΡΙΠΙΔΙΩΝ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ LANDSAT/TM ΚΑΙ TERRA/ASTER Συγγραφείς : Αστάρας Θ., Βουβαλίδης Κ., και Οικονομίδης Δ.
Σκοπός της εργασίας είναι η ακριβέστερη οριοθέτηση και χαρτογράφηση αλλουβιακών ριπιδίων με την βοήθεια δορυφορικών εικόνων και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ/GIS). Για το σκοπό αυτό επιλέχθηκαν τα ριπίδια α) της περιοχής Νικήσιανης του όρους Παγγαίον και β) της περιοχής Δοξάτου Δράμας (Σχ. 1). Η περιοχή μελέτης επιλέχθηκε έτσι ώστε να περιλαμβάνει δύο ριπίδια με διαφορετικά χαρακτηριστικά (γεωμορφολογικά, ορυκτολογικά και τρόπο γένεσης), στην ίδια ευρύτερη περιοχή, ώστε να μπορούν να μελετηθούν και να συγκριθούν ταυτόχρονα. H έρευνα διεξήχθη σε δύο περιοχές: Α) Ριπίδιο Νικήσιανης Το ριπίδιο της Νικήσιανης είναι ένα ριπίδιο με μεγάλη κλίση, αποτελούμενο από χονδρόκοκκα υλικά αποσαθρώσεως γνευσίων, μαρμάρων και γρανιτών. Τοπικά παρατηρούνται λατυποπαγή προερχόμενα από μάρμαρα. Μερικώς, το κάτω τμήμα του ριπιδίου καλλιεργείται. Β) Ριπίδιο Δοξάτου Το ριπίδιο του Δοξάτου είναι ένα ριπίδιο μικρής κλίσεως, αποτελούμενο από σύγχρονες προσχώσεις (λεπτόκοκκο υλικό, χαλαρά κροκαλοπαγή και κόκκινες άργιλοι). Στο παρελθόν η περιοχή του ριπιδίου αποτελούσε, κατά πάσα πιθανότητα, το λιμναίο Δέλτα του χειμάρρου του Δοξάτου. Η περιοχή του ριπιδίου καλλιεργείται.
Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα εξής διαθέσιμα δεδομένα: α) δορυφορικές εικόνες 1)LANDSAT-5/TM (10-08-1992) και διακριτικής ικανότητας 30 μέτρων 2)TERRA/ASTER (10-05-2002), διακριτικής ικανότητας 15, 30 και 90 μέτρων και 3)LANDSAT-5/TM, διακριτικής ικανότητας 30 μέτρων (ελεύθερη πρόσβαση σε γεωμετρικά διορθωμένη εικόνα της NASA (https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid) β) τοπογραφικοί χάρτες της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (Γ.Υ.Σ.) κλίμακας 1:50.000, Φύλλα: Δράμα, Καβάλα, Νικήσιανη και Κρηνίδες (Γ.Υ.Σ. 1970, 1970, 1969 και 1970), καθώς και κλίμακας 1:100.000, Φύλλα: Δράμα και Καβάλα (Γ.Υ.Σ. 1971) και 1:500.000,Φύλλο: Αλεξανδρούπολις-Ανδριανούπολις (Γ.Υ.Σ. 1979). γ) γεωλογικοί χάρτες του Ι.Γ.Μ.Ε., κλίμακας 1:50.000, Φύλλα: Δράμα, Κρηνίδες και Νικήσιανη-Λουτρά Ελευθερών (ΙΓΜΕ 1979, 1974 και 1974). δ) λογισμικά ψηφιακής επεξεργασίας εικόνων, EASI/PACE και ERDAS, και ε) λογισμικά Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ/GIS) ArcGIS και MapInfo.
Η ψηφιακή επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων περιλαμβάνει ποικίλες τεχνικές βελτίωσής τους, έτσι ώστε να είναι κατάλληλες για οπτική ανάλυση.
Οι τεχνικές αυτές περιλαμβάνουν: α) την ενίσχυση της εικόνας (enhancement) β) τους λόγους φασματικών ζωνών (ratioing) γ) την Ανάλυση Κυρίων Συνιστωσών (Principal Component Analysis/PCA) δ) την χρησιμοποίηση φίλτρων (filtering), και ε) την σύνθεση ψευδοέγχρωμων εικόνων (False Colour Composites/FCC) Από τις παραπάνω τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνων, αυτές που έδωσαν τα καλύτερα αποτελέσματα ήταν η βελτίωση ψευδοέγχρωμων εικόνων με ενίσχυση της αντίθεσης με γραμμικό τρόπο (linear contrast stretch) και η Ανάλυση Κυρίων Συνιστωσών.
Για τον εντοπισμό θέσεων ριπιδίων στην εικόνα LANDSAT-5/TM, χρησιμοποιήθηκε η ψευδοέγχρωμη εικόνα 3,2,1/RGB, γραμμικά ενισχυμένη. Στην εικόνα αυτή, η οποία δίνει μία προσομοίωση του πραγματικού χρώματος της καταγραφόμενης επιφάνειας, οριοθετείται με μεγάλη λεπτομέρεια το ριπίδιο της Νικήσιανης, ενώ αυτό του Δοξάτου δεν οριοθετείται επακριβώς. Η καλή οριοθέτηση του ριπιδίου της Νικήσιανης οφείλεται στο ότι η εικόνα LANDSAT έχει ημερομηνία λήψης 10-08-92, δηλαδή είναι θερινής περιόδου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τα χονδρόκοκκα υλικά του ριπιδίου της Νικήσιανης, λόγω μη συγκράτησης υγρασίας να δημιουργούν έντονη χρωματική αντίθεση με την γύρω αρδευόμενη περιοχή, εξαιτίας της διαφορετικής ανακλαστικότητας (φασματικής ταυτότητας).
Για τον εντοπισμό των θέσεων των ριπιδίων στις εικόνες ASTER, χρησιμοποιήθηκαν οι προαναφερόμενες τεχνικές βελτίωσης των δορυφορικών εικόνων. Τα καλύτερα οπτικά αποτελέσματα έδωσε η τεχνική της Ανάλυσης των Κυρίων Συνιστωσών, με την βοήθεια της οποίας επιτυγχάνεται μείωση του όγκου των πολυφασματικών δεδομένων του σαρωτή ASTER (6 φασματικές ζώνες), χωρίς όμως να έχουμε μείωση της αποδιδόμενης αρχικής πληροφορίας. Ο μετασχηματισμός κυρίων συνιστωσών (principal component transformation), εφαρμόσθηκε στις φασματικές ζώνες 4-9 (SWIR), διακριτικής ικανότητας 30 μέτρων. Οι τρεις πρώτες κύριες συνιστώσες (εικόνες PC1, PC2 και PC3), περιέχουν πάνω από το 99% των πληροφοριών των αρχικών έξι φασματικών ζωνών. Με την βοήθεια της ψευδέγχρωμης εικόνας PC1,PC2,PC3/RGB (ενισχυμένη γραμμικά), φαίνεται καθαρά το ριπίδιο του Δοξάτου ενώ το ριπίδιο της Νικήσιανης δεν είναι ευκρινές. Αυτό οφείλεται στο ότι η ημερομηνία λήψης της εικόνας ASTER είναι 10-05-2002, που σημαίνει ότι το έδαφος έχει αυξημένη υγρασία λόγω των ανοιξιάτικων βροχοπτώσεων η οποία κατακρατείται περισσότερο στα λεπτόκοκκα εδάφη του παλαιού λιμναίου Δέλτα του χειμάρρου του Δοξάτου, παρά στα χονδρόκοκκα του ριπιδίου της Νικήσιανης. Επίσης, το νότιο όριο του ριπιδίου του Δοξάτου, είναι ευκρινές λόγω της γειτνίασής του με τα τενάγη των Φιλίππων που ξεχωρίζουν χαρακτηριστικά λόγω διαφορετικής φασματικής απόκρισης. Οι φασματικές ζώνες VNIR του ASTER, παρά την καλύτερη διακριτική τους ικανότητα (15 m),δεν έδωσαν ικανοποιητικά αποτελέσματα, πιθανόν λόγω του μικρού αριθμού φασματικών ζωνών (τρεις), δύο εκ των οποίων βρίσκονται στο ορατό τμήμα του φάσματος.
Η εικόνα αυτή αποτελεί έναν συνδυασμό των φασματικών ζωνών 7,4,2/RGB (ελεύθερη πρόσβαση σε γεωμετρικά διορθωμένη εικόνα της NASA).
Το πλεονέκτημά της είναι ότι διαθέτει προβολικό σύστημα UTM και μπορεί έτσι να χρησιμοποιηθεί ως ένα πολύ καλό τοπογραφικό υπόβαθρο για την διόρθωση των άλλων δύο δορυφορικών εικόνων. Η εικόνα αυτή, είναι ουσιαστικά μία εικόνα που τονίζει, με πράσινους τόνους τις περιοχές που επικρατεί η βλάστηση (φυσική και καλλιεργούμενη) και με ερυθρούς, περιοχές χωρίς φυτοκάλυψη. Στην εικόνα αυτή φαίνονται τα όρια του ριπιδίου της Νικήσιανης
Οι επεξεργασμένες ψευδοέγχρωμες δορυφορικές εικόνες 3,2,1/RGB του LANDSAT/TM (Σχ. 5)και PC1,PC2,PC3/RGB του TERRA/ASTER, εισήχθησαν στο λογισμικό ArcGIS, όπου με την βοήθεια της γεωμετρικά διορθωμένης εικόνας 7,4,2/RGB LANDSAT/TM (NASA, UTMWGS84), έγινε αντίστοιχη γεωμετρική διόρθωση. Ακολούθησε ψηφιοποίηση των ριπιδίων επάνω στις δύο εικόνες. Με το πέρας της διαδικασίας αυτής, μετρήθηκαν η περίμετρος και το εμβαδόν των δύο ριπιδίων. Για το ριπίδιο της Νικοσιανής η περίμετρος ήταν 16.6 km, το εμβαδόν 14.1km2 και η κλίση 3.4 %. Για το ριπίδιο του Δοξάτου η περίμετρος ήταν 40.1 km, το εμβαδόν99.0 km2, και η κλίση 0.4 %.
Ο υπολογισμός της επιφάνειας και της περιμέτρου των ριπιδίων προέκυψε από την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων.
Η κλίση των ριπιδίων , το εμβαδόν και ο λόγος αναγλύφου των λεκανών απορροής, προέκυψαν από την ψηφιακή επεξεργασία των τοπογραφικών χαρτών της ΓΥΣ, κλίμακας 1/50.000 σε Γ.Σ.Π. Ο λόγος αναγλύφου Rh μετρήθηκε διότι εκφράζει το συνολικό βαθμό κλίσης της λεκάνης τροφοδοσίας (απορροής) και αποτελεί έτσι έναν δείκτη της έντασης των διεργασιών διαβρώσεως που έλαβαν χώρα στις κλιτύες της λεκάνης.
Rh=H/Lh, όπου: Η=η μέγιστη υψομετρική διαφορά της λεκάνης απορροής και Lh=το μέγιστο μήκος της λεκάνης απορροής, προβαλλόμενο στο οριζόντιο επίπεδο
Σύμφωνα με πολλούς ερευνητές, υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ του λόγου αναγλύφου και της απώλειας φερτών υλικών από το στόμιο της λεκάνης ανά μονάδα επιφάνειας της λεκάνης απορροής. Για την λεκάνη απορροής του ριπιδίου της Νικοσιανής το εμβαδόν ήταν 29.32km2 και ο λόγος ανάγλυφου 0,190. Για την λεκάνη απορροής του ριπιδίου του Δοξάτου το εμβαδόν ήταν 322km2 και ο λόγος ανάγλυφου 0.035.
Από τα παραπάνω προκύπτει ο σαφής διαχωρισμός του ριπιδίου του Δοξάτου, μικρής κλίσης, μεγάλης έκτασης και αποτελούμενου από λεπτόκοκκα υλικά, με μορφολογικά χαρακτηριστικά δελταϊκού σχηματισμού και του ριπιδίου της Νικήσιανης, μεγάλης κλίσης, μικρής έκτασης και αποτελούμενου από χονδρόκοκκα υλικά. Συγκεκριμένα όσο μικραίνει η κλίση του ριπιδίου, τόσο αυξάνει το εμβαδόν του. Πράγματι, από τις μετρήσεις, αυτό επιβεβαιώνεται στα ριπίδια της περιοχής μελέτης μας. Επίσης, το εμβαδόν του ριπιδίου ισούται με το 1/2 έως 1/3 του εμβαδού της αντίστοιχης λεκάνης απορροής. Από τα παραπάνω, φαίνεται ότι το εμβαδόν του ριπιδίου της Νικήσιανης είναι το 1/2 του εμβαδού της αντίστοιχης λεκάνης απορροής, ενώ για το ριπίδιο του Δοξάτου, η σχέση αυτή φτάνει το 1/3 περίπου. Επίσης, υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ του λόγου αναγλύφου και της απώλειας φερτών υλικών από το στόμιο μιας λεκάνης απορροής ανά μονάδα επιφάνειας της λεκάνης απορροής. Έτσι, από τη σύγκριση των λόγων αναγλύφου Rh των λεκανών απορροής εξάγεται το συμπέρασμα ότι η απώλεια φερτών υλικών (sediment loss) ανά μονάδα επιφανείας από τη λεκάνη απορροής της Νικήσιανης είναι μεγαλύτερη από αυτή της λεκάνης απορροής του Δοξάτου. Η διαφορά στην απώλεια των φερτών υλικών έχει ως αποτέλεσμα, την μεγάλη κλίση του ριπιδίου της Νικήσιανης σε αντίθεση με τη μικρή κλίση του ριπιδίου του Δοξάτου. Τα ριπίδια μεγάλης κλίσης και αποτελούμενα από χονδρόκοκκα υλικά, σχηματίζονται σε ξηρό περιβάλλον (mud-flow fans or “dry” fans), ενώ τα ριπίδια μικρής κλίσης και αποτελούμενα από λεπτόκοκκα υλικά αναπτύσσονται σε υγρό περιβάλλον (fluvial fans or “wet” fans). Από τα παραπάνω, μπορούμε βάσιμα να υποθέσουμε ότι το ριπίδιο της Νικήσιανης αναπτύχθηκε σε ξηρό περιβάλλον, ενώ αυτό του Δοξάτου, σε υγρό.
