Αξιολόγηση δυνητικών υδροφορέων με χρήση GIS και τηλεπισκόπησης: Μελέτη περίπτωσης της λίμνης Τana, γαλάζιος Νείλος, Αιθιοπία
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος:
Groundwater potential assessment using GIS and remote sensing: A case study of Guna tana landscape, upper blue Nile Basin, Ethiopia
Συγγραφείς:
Tesfa Gebrie Andualem , Girum Getachew Demeke
Πηγή:
Andualem,T.G.,& Demeke,G.G. (2019). Groundwater potential assessment using GIS and remote sensing: A case study of Guna tana landscape, upper blue Nile Basin, Ethiopia. Journal of Hydrology: Regional Studies https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214581818302428
Εισαγωγή
Οι πόροι των υπόγειων υδάτων είναι ένας σημαντικός φυσικός πόρος για χρήση σε οικιακούς, γεωργικούς και βιομηχανικούς σκοπούς. Υπήρξε μια τεράστια αύξηση στη ζήτηση για υπόγεια ύδατα λόγω της αύξησης του πληθυσμού, των προηγμένων πρακτικών άρδευσης και των βιομηχανικών χρήσεων (Jha et al., 2010, 2007). Η πιθανή χαρτογράφηση υπογείων υδάτων στο τοπίο της Guna Tana θα έχει σημαντική επίδραση στην περιοχή καθώς και στη χώρα δεδομένου ότι είναι το μεγαλύτερο μέρος που συμβάλλει στη λίμνη Tana και στον Γαλάζιο Νείλο. Η χαρτογράφηση του υπόγειου νερού θα ενισχύσει τη βιώσιμη διαχείριση των υπόγειων υδάτινων πόρων στη χώρα. Οι κύριοι στόχοι αυτής της μελέτης είναι: α) η ανάπτυξη θεματικών στρωμάτων για την ανάπτυξη πιθανών ζωνών υπόγειων υδάτων, β) η προετοιμασία της χωρικής μεταβλητότητας των ζωνών υπόγειων υδάτων και δ) απόδειξη των δυνατοτήτων της τηλεπισκόπησης και του GIS στη χαρτογράφηση υπόγειων υδάτων.
Μεθοδολογία
Περιγραφή της περιοχής μελέτης
Το τοπίο Guna Tana βρίσκεται στο βορειοδυτικό τμήμα της Αιθιοπίας (Εικ. 1). Αυτό το τοπίο αποτελείται από δύο λεκάνες απορροής, Gumara και Ribb.Η τοπογραφία της περιοχής μελέτης κυμαίνεται από 1752m a.m.s.l. στη λίμνη Τάνα έως 4090m a.m.s.l στο όρος Γκούνα. Οι ποταμοί Gumara και Rib προέρχονται από μικρές πηγές που βρίσκονται κοντά στο Guna Moutain σε υψόμετρο 4090m a.m.s.l. και αποχετεύονται στο ανατολικό τμήμα της λίμνης Τάνα.Τα εύρη υψηλότερου υψομέτρου βρίσκονται στην ανατολική γωνία (περιοχή Guna mount) ενώ η υπόλοιπη περιοχή είναι σχετικά ομοιόμορφη. Στη τοποθεσία της λίμνης Tana τα υπόγεια ύδατα χρησιμοποιούνται κυρίως για οικιακούς σκοπούς. Μερικές φορές χρησιμοποιείται για τη συμπλήρωση του ελλείμματος άρδευσης σε κατάντη μέρη του τοπίου. Η ανάγκη για συμπληρωματική άρδευση (σε χαμηλότερα μέρη του τοπίου) και οικιακή χρήση (σε ανώτερα μέρη του τοπίου) είναι πολύ υψηλή.
Προετοιμασία θεματικών χαρτών
Όλοι οι απαιτούμενοι θεματικοί χάρτες αναπτύχθηκαν από τα συλλεγμένα σύνολα δεδομένων χρησιμοποιώντας το λογισμικό ArcGIS 10.3.1. Δημιουργήθηκαν χάρτες γεωλογικών/λιθολογικών χαρακτηριστικών, κατανομής ποσοστού κλίσης του τοπίου (διακύμανση από 0 έως 67,7%.), χάρτες κύριων εδαφών (χαμηλή έως μέτρια ιδιότητα διείσδυσης), χάρτες κάλυψη γης (έξι τύποι), πυκνότητας γραμμής, πυκνότητα αποστράγγισης και γεωμορφολογικούς (11 τύποι μορφών γης).
Καθορισμός σπουδαιότητας (βάρους)
Τα κανονικοποιημένα βάρη των μεμονωμένων θεμάτων και των διαφορετικών επιπέδων τους υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τη μέθοδο AHP. Τα ζεύγη των κριτηρίων Ci (στη σειρά) και Cj (στη στήλη) θεωρήθηκαν με βάση: 1) ποιο κριτήριο ήταν σημαντικό, Ci ή Cj και 2) πόσο το εν λόγω κριτήριο είναι πιο σημαντικό σε σχέση με το λιγότερο σημαντικό κριτήριο. Τα κανονικοποιημένα βάρη προσδιορίστηκαν διαιρώντας κάθε Ci (τιμές γραμμής) με το σύνολο της στήλης. Σε αυτή τη μελέτη, ο λόγος συνοχής (CR) βρίσκεται 0,029. Αυτή η αναλογία αντικατοπτρίζει ένα λογικό επίπεδο συνέπειας στη φάση σύγκρισης ανά ζεύγος. Επομένως, μπορεί να φανεί ότι τα μοντέλα AHP που εφαρμόστηκαν σε αυτή τη μελέτη έδειξαν αρκετά καλή ακρίβεια στη χωρική πρόβλεψη πιθανότητας υπόγειων υδάτων. Δεδομένου ότι το χαρακτηριστικό αποστράγγισης είναι χαμηλό, τα εδάφη με χαμηλή ιδιότητα αποστράγγισης είχαν υψηλή ικανότητα συγκράτησης νερού του εδάφους, από την άλλη πλευρά, εδάφη με χαρακτηριστικό έντονης αποστράγγισης είναι χαμηλά στην αποθήκευση υπόγειων υδάτων. Οι περιοχές με υψηλή πυκνότητα γραμμής χαρακτηρίστηκαν ως περιοχές υψηλής φόρτισης υπόγειων υδάτων. Ενώ οι περιοχές με υψηλή κλίση κατηγοριοποιήθηκαν ως πολύ φτωχή περιοχή υπογείων υδάτων (Rajaveni et al., 2017) καθώς ευνοούν τις βροχοπτώσεις να ρέουν ως απορροή παρά να διεισδύουν στην κάτω επιφάνεια.
Ανάπτυξη δυνητικών χαρτών υπόγειων υδάτων
Οι ζώνες προοπτικής υπόγειων υδάτων αξιολογήθηκαν με βάση τον Δείκτη Δυναμικού Υπογείων Υδάτων (GWPI) που υπολογίστηκε από την ολοκλήρωση όλων των θεματικών επιπέδων που επηρεάζουν τα υπόγεια ύδατα. Το εργαλείο «σταθμισμένη ανάλυση επικάλυψης» χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό των τιμών του δείκτη δυνητικών υπογείων υδάτων χρησιμοποιώντας την εξίσωση που πρότεινε ο Malczewski, 1999:
GWPI = ∑_(j=1)^n▒∑_(i=1)^m▒〖Xi*Wj〗
Όπου Wj είναι το ομαλοποιημένο βάρος του jth στρώματος, Xi είναι το ομαλοποιημένο βάρος του ith χαρακτηριστικό του θεματικού στρώματος, m είναι ο συνολικός αριθμός των θεματικών στρωμάτων, και n είναι ο συνολικός αριθμός των χαρακτηριστικών ενός δεδομένου θέματος. Οι τιμές GWPI χρησιμοποιήθηκαν για την ταξινόμηση της περιοχής σε εξαιρετική, πολύ καλή, μέτρια, φτωχή ή πολύ φτωχή όσον αφορά το δυναμικό υπόγειων υδάτων (Jha et al., 2010· Chowdhury et al., 2010; Sahoo et al., 2015).
Συμπεράσματα
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι εξαιρετικές πιθανές ζώνες υπόγειων υδάτων βρίσκονται σε κατάντη τμήματα της περιοχής μελέτης. Σε αυτές τις περιοχές η κλίση είναι πολύ επίπεδη, πολύ πορώδης λιθολογία που είναι ιζήματα λακτρίνης που οδηγεί σε υψηλό ρυθμό διείσδυσης και επίσης το έδαφος είναι πηλός που μπορεί να συγκρατήσει υψηλή ποσότητα νερού. Οι χάρτες προοπτικών υπόγειων υδάτων επικυρώθηκαν με τα υπάρχοντα πηγάδια και η AUC βρέθηκε 0,705 που δείχνει καλή ικανότητα πρόβλεψης της μεθόδου AHP. Ως εκ τούτου, οι δραστηριότητες ανάπτυξης υπόγειων υδάτων μπορούν να εκτελεστούν σε τέτοιες υψηλές ζώνες προοπτικής υπόγειων υδάτων του τοπίου για την αύξηση της παραγωγικότητας της συμπληρωματικής άρδευσης και οικιακής χρήσης. Αυτή η μελέτη είναι πολύ χρήσιμη για τους σχεδιαστές υδάτινων πόρων αναφέροντας τους πιθανούς τομείς ανάπτυξης, και αυτή η μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοστεί σε άλλα μέρη της χώρας. Περαιτέρω μελέτες μπορούν να γίνουν σχετικά με την υδροχημεία των υπόγειων υδάτων και την καταλληλότητά της για οικιακή χρήση και άρδευση, καθώς και για το ποσό αναπλήρωσης των υπόγειων υδάτων και τη σχέση του με την ποσότητα υετού.
