Εφαρμογή της τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση της κατανάλωσης ύδατος για άρδευση στο Σύστημα Άρδευσης Liuyuankou της Κίνας

Από RemoteSensing Wiki

ΓΕΝΙΚΑ

Οι διάφορες μέθοδοι για την εκτίμηση της πραγματική εξατμισοδιαπνοής (ΕΔ)έχουν αναπτυχθεί με το συνδυασμό των δορυφορικών εικόνων και των επίγειων μετεωρολογικών στοιχείων για μεγάλες περιοχές. Μια μέθοδος υπολογισμού της πραγματικής ΕΔ είναι ο Αλγόριθμος Ενεργειακής Ισορροπίας της Επιφάνειας του Εδάφους (Surface Energy Balance Algorithm for Land/SEBAL) του Bastiaanssen (1995).

ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ

Η περιοχή του Συστήματος Άρδευσης Liuyuankou (Liuyuankou Irrigation System/LIS), βρίσκεται στη βορειοδυτική Κίνα, στο νομό του Kaifeng (Σχήμα 1). Το νερό για την άρδευση των καλλιεργούμενων εκτάσεων προέρχεται από τα κανάλια που εκτρέπονται από τον Κίτρινο ποταμό, κυρίως στο βόρειο τμήμα του LIS (τοποθετείται επάνω από τη σιδηροδρομική γραμμή και είναι γνωστό ως «ARL»), καθώς επίσης και με την άντληση υπόγειων νερών, στο νότιο τομέα του LIS (τοποθετείται κάτω από τη σιδηροδρομική γραμμή και είναι γνωστό ως «BRL»).

Εικόνα 1: Η περιοχή του Συστήματος Άρδευσης Liuyuankou (Liuyuankou Irrigation System/LIS)

2 ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ

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 προ- σχώσεις (λεπτόκοκκο υλικό, χαλαρά κροκαλοπαγή και κόκκινες άργιλοι). Στο παρελθόν η περιοχή του ριπιδίου αποτελούσε, κατά πάσα πιθανότητα, το λιμναίο Δέλτα του χειμάρρου του Δοξάτου (Γάκης et al. 2004). Η περιοχή του ριπιδίου καλλιεργείται.

3 ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΡΕΥΝΑΣ

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, Φύλ- λα: Δράμα, Καβάλα, Νικήσιανη και Κρηνίδες (Γ.Υ.Σ. 1970, 1970, 1969 και 1970), καθώς και κλίμα- κας 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) (Gupta, 1991, Drury, 1993, Sabins, 1997). 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.

4 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΩΝ ΡΙΠΙΔΙΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΣΥΝΔΥΑΣΜΕΝΗ ΧΡΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ΚΑΙ ΓΣΠ

Οι επεξεργασμένες ψευδοέγχρωμες δορυφορικές εικόνες 3,2,1/RGB του LANDSAT/TM 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 (πίνακας 2). Πίνακας 2. Περίμετρος και το εμβαδόν των εξεταζόμενων ριπιδίων ΡΙΠΙΔΙΟ ΝΙΚΗΣΙΑΝΗΣ ΡΙΠΙΔΙΟ ΔΟΞΑΤΟΥ ΠΕΡΙΜΕΤΡΟΣ=16,6 km ΕΜΒΑΔΟΝ=14,1 km2 ΠΕΡΙΜΕΤΡΟΣ=40,1 km ΕΜΒΑΔΟΝ=99,0 km2 ΚΛΙΣΗ=3,4% ΚΛΙΣΗ=0,4% Ο υπολογισμός της επιφάνειας και της περιμέτρου των ριπιδίων προέκυψε από την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων (πίνακας 2). Η κλίση των ριπιδίων (πίνακας 2), το εμβαδόν και ο λόγος αναγλύφου των λεκανών απορροής (πίνακας 3) προέκυψαν από την ψηφιακή επεξεργασία των τοπογραφικών χαρτών της ΓΥΣ, κλίμα- κας 1/50.000 σε Γ.Σ.Π. Ο λόγος αναγλύφου Rh (Relief Ratio, Schumm 1955, 1956, Strahler 1964 από Αστάρα 1980) 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 τους παραπάνω συγγραφείς, υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μεταξύ του λόγου ανα- γλύφου και της απώλειας φερτών υλικών από το στόμιο της λεκάνης ανά μονάδα επιφάνειας της λεκάνης απορροής. Πίνακας 3. Λεκάνη Aπορροής Ριπιδίου Νικήσιανης Λεκάνη Απορροής Ριπιδίου Δοξάτου εμβαδόν=29,32 km2 εμβαδόν=322 km2 λόγος αναγλύφου=0,190 λόγος αναγλύφου=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 δελ- ταϊκού σχηματισμού (Γάκης et al. 2004), και του ριπιδίου της Νικήσιανης, μεγάλης κλίσης, μικρής έκτασης και αποτελούμενου από χονδρόκοκκα υλικά. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τον Bloom (1998), όσο μικραίνει η κλίση του ριπιδίου, τόσο αυξάνει το εμβαδόν του. Πράγματι, από τον πίνακα 2, αυτό επιβεβαιώνεται στα ριπίδια της περιοχής μελέ- της μας. Επίσης, σύμφωνα με τον ίδιο συγγραφέα, το εμβαδόν του ριπιδίου ισούται με το 1/2 έως 1/3 του εμβαδού της αντίστοιχης λεκάνης απορροής. Από τους πίνακες 2 και 3, φαίνεται ότι το εμ- βαδόν 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, σύμφωνα με τον Schumm (1955, από Αστάρα 1980), υπάρχει ισχυρή συσχέτιση μετα- ξύ 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 (πίνακας 3), 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, σύμφωνα με τον Bull (1968), την μεγάλη κλίση του ριπιδίου της Νικήσιανης σε αντίθε- ση με τη μικρή κλίση του ριπιδίου του Δοξάτου. Σύμφωνα με τους Hooke και Rohrer (1979, από Bloom 1998), 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. Το συμπέρασμα αυτό ενισχύει την άποψη των Γάκη et al. (2004) που χαρακτηρίζουν το ριπίδιο του Δοξάτου, Δελταϊκής προέλευσης.

Εικόνα 5: Οριοθέτηση ριπιδίου Νικήσιανης, με την βοήθεια της γεωμετρικά διορθωμένης εικόνας LANDSAT- 5/TM (3,2,1/RGB), 10-08-1992.

Εικόνα 6: Οριοθέτηση ριπιδίου Δοξάτου, με την βοήθεια της γεωμετρικά διορθωμένης εικόνας TERRA/ASTER (PC1,PC2,PC3/RGB), 10-05-2002

5 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Οι δορυφορικές εικόνες βοηθούν στην ακριβέστερη οριοθέτηση των ριπιδίων, από ότι αυτά εμ- φανίζονται στους γεωλογικούς χάρτες ή εξάγονται από το σχήμα των ισοϋψών καμπυλών στους τοπογραφικούς χάρτες. Συγκεκριμένα το χαμηλής κλίσης ριπίδιο του Δοξάτου δεν ήταν χαρτογρα- φημένο στο γεωλογικό χάρτη ως ριπίδιο, αλλά ως αλλουβιακός σχηματισμός. Για την χαρτογράφηση του μικρής κλίσης ριπιδίου του Δοξάτου (αποτελούμενου από λεπτόκοκ- κα υλικά), καταλληλότερη αποδείχθηκε η χρήση εικόνων TERRA/ASTER, εαρινής λήψης, ενώ για το μεγάλης κλίσης ριπίδιο της Νικήσιανης (αποτελούμενο από χονδρόκοκκα υλικά), η χρήση εικό- νων LANDSAT-5/TM, θερινής λήψης. Ο συνδυασμός των δορυφορικών εικόνων και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, θα μπορούσε να εφαρμοστεί και σε άλλες περιοχές όπου είναι επιθυμητή η γρήγορη χαρτογράφη- ση και μέτρηση μορφομετρικών στοιχείων, όπως έκταση και λόγος αναγλύφου των λεκανών τρο- φοδοσίας, και περίμετρος, κλίση και έκταση των ριπιδίων. Η ανωτέρω μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί στην βελτίωση και συμπλήρωση των υπαρχό- ντων γεωλογικών χαρτών. Επίσης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή συμπερασμάτων για την κλίση και την κοκκομετρική σύσταση των ριπιδίων, κάτι που βοηθά ιδιαίτερα τους υδρογεω- λόγους, αφού στα υλικά των αλλουβιακών ριπιδίων παρουσιάζεται πλούσια υδροφορία. Τα τελευταία χρόνια, με την χρήση των εικόνων RADAR στις γεωεπιστήμες (Henderson και Lewis 1998), μπορούν να εξαχθούν ακριβέστερα συμπεράσματα για την κοκκομετρική σύσταση των ριπιδίων, καθώς οι τόνοι του τεφρού χρώματος στις εικόνες RADAR (RADAR-image brightness), έχουν σχέση με την διεισδυτικότητα των κυμάτων RADAR στην επιφάνεια των ριπιδί- ων. Ως γνωστόν (Drury 1993, Αστάρας 1993, Sabins 1997,) η διεισδυτικότητα των κυμάτων RADAR επηρεάζεται από την τραχύτητα και τις διηλεκτρικές ιδιότητες του εδαφικού καλύμματος των ριπιδίων, οι οποίες είναι άμεσα εξαρτώμενες από την κοκκομετρία και την υγρασία του εδαφικού καλύμματος.

Πηγή: Αστάρας Θ., Βουβαλίδης Κ. και Οικονομίδης Δ., ΟΡΙΟΘΕΤΗΣΗ-ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΤΩΝ ΑΛΛΟΥΒΙΑΚΩΝ ΡΙΠΙΔΙΩΝ ΜΕ ΤΗ ΒΟΗΘΕΙΑ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ LANDSAT/TM ΚΑΙ TERRA/ASTER