Εφαρμογή της τηλεπισκόπησης και του GIS για την ανάλυση ρίσκου πλημμύρας : Μελέτη της περίπτωσης του ποταμού Kalu-Ganga στη Σρι Λάνκα
Από RemoteSensing Wiki
Application of remote sensing and gis for flood risk analysis: a case study at Kalu – Ganga river, Sri Lanka
ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ: S.M.J.S.Samarasinghe, H.K.Nandalal, D.P.Weliwitiya, J.S.M.Fowze, M.K.Hazarika, L.Samarakoon
Πηγή: [1]
1. Παρουσίαση του προβλήματος
Η Σρι Λάνκα βρίσκεται στον Ινδικό Ωκεανό, μεταξύ του Κόλπου της Βεγγάλης και του κόλπου του Mannar. Οι εναλλαγές πίεσης στον κόλπο της Βεγγάλης σε συνδυασμό τους δυνατούς ανέμους δημιουργούν μη αναμενόμενες δυνατές βροχές. Επιπροσθέτως, στη Σρι Λάνκα λαμβάνουν χώρα 2 μουσώνες το χρόνο. Εξαιτίας αυτών των παραγόντων, οι ποταμοί Kalu – Ganga, Kelani – Ganga και Gin – Ganga υπόκεινται συχνές πλημμύρες. Καθώς οι πλημμύρες είναι η πιο συχνή φυσική καταστροφή στην περιοχή, το Κέντρο Αντιμετώπισης Καταστροφών έχει ως προτεραιότητα τη δημιουργία ενός χάρτη επικινδυνότητας πλημμυρών.
2. Σκοπός της εφαρμογής
Καινοτομίες στον τομέα της τηλεπισκόπησης και νέες δορυφορικές πλατφόρμες, όπως οι ALOS (Advanced Land Observation Satellite, [2]) αισθητήρες, έχουν διευρύνει τις εφαρμογές των δορυφορικών δεδομένων. Ένας από τους πολλούς τομείς που μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτές οι τεχνολογίες είναι για την επικύρωση μοντέλων πλημμυρών. Για αρκετό καιρό η έκταση πλημμυρών από αυτά τα μοντέλα, επικυρωνόταν με χρήση εδαφικών ερευνών, οι οποίες δεν ήταν πάντα αξιόπιστες. Σε αυτή τη μελέτη, η έκταση πλημμυρών εξήχθη από δορυφορικά δεδομένα και με βάση αυτήν, ο στόχος είναι η ανάπτυξη, η παρουσίαση και η επικύρωση ενός συστήματος πληροφοριών για την πρόβλεψη, τον σχεδιασμό και τη διαχείριση των πλημμυρών με τη βοήθεια χαρτών επικινδυνότητας πλημμυρών, για διαφορετικές χρονικές περιόδους.
3. Μεθοδολογία
Η μεθοδολογία αποτελείται από τη συλλογή και κατανομή δεδομένων που απαιτούνται για να γίνει η ανάλυση κινδύνου και η ανάλυση ευπάθειας. Με βάση αυτές τις 2 αναλύσεις εξάγεται η ανάλυση ρίσκου πλημμύρας. Η ανάλυση κινδύνου αποτελείται από την υδραυλική/υδρολογική, την τοπογραφική και τη δορυφορική ανάλυση, ενώ η ανάλυση ευπάθειας δημιουργείται με την ανάλυση δεδομένων απογραφής και ενός ερωτηματολογίου για να υπολογιστεί η φυσική και κοινωνική ευπάθεια. Αρχικά προηγήθηκε η δημιουργία χαρτών της μελέτης περιοχής και η ανάπτυξη των Τριγωνικών Ακανόνιστων Δικτύων [3], χρησιμοποιώντας χάρτες ισοϋψών, ύψη σημείων και LiDAR δεδομένα [4]. Μία γεωγραφική βάση δεδομένων σε περιβάλλον ARC GIS αναπτύχθηκε για την περιοχή μελέτης. Η ανάπτυξη μικροκυματικής τηλεπισκόπησης και πιο συγκεκριμένα τα ραντάρ εικόνων, βοηθάνε στην επίλυση του προβλήματος. Πέρα από τη διαθεσιμότητά του παντός καιρού, το βασικό πλεονέκτημα της χρήσης SA Radar [5] είναι η ικανότητά του να ξεχωρίζει έντονα το νερό με το έδαφος. Για την ανίχνευση πλημμυρισμένων περιοχών μέσω SAR εικόνων, χρησιμοποιούνται δύο εικόνες, μία που ελήφθη κατά τη διάρκεια πλημμύρας και μία κατά τη διάρκεια ξηρασίας. Στην παρούσα μελέτη, ολόκληρη η περιοχή υπάρχει σε δύο σετ εικόνων. Αυτά ενώθηκαν και περικόπηκαν για να προκύψει ακριβώς η περιοχή μελέτης. Αρχικά οι εικόνες φιλτραρίστηκαν με χρήση του φίλτρου Lee για να μειωθεί ο θόρυβος. Για να καθοριστεί η οριακή τιμή, οι εικόνες μετατράπηκαν σε εικόνες decibel (DB). Περιοχές ενδιαφέροντος (ROI) επιλέχθηκαν και για τις δύο εικόνες, οι οποίες επιδεικνύουν απότομες αλλαγές στον τόνο των pixel. Αφού αναλύθηκαν τα στατιστικά των ROI, μία οριακή τιμή καθορίζεται από τις DB εικόνες για να χρησιμοποιηθεί στην ταξινόμηση και συγκάλυψη εικόνων. Με τη χρήση μαθηματικών πράξεων καναλιών, η διαφορά των δύο εικόνων υπολογίζεται και η συγκάλυψη έγινε σύμφωνα με την οριακή τιμή που ορίστηκε. Με τη χρήση της μεθόδου της συγκάλυψης, η εικόνα ταξινομήθηκε σε δύο τάξεις : την πλημμυρισμένη και τη μη πλημμυρισμένη περιοχή. Τέλος, η έκταση της πλημμύρας που εξήχθη από τα δορυφορικά δεδομένα συγκρίθηκε με το πλημμυρικό μοντέλο HEC-RAS [6].
4. Αποτελέσματα
Η έκταση πλημμύρας που προέκυψε από τα δορυφορικά δεδομένα ταιριάζει αρκετά με αυτή που προέκυψε από το πλημμυρικό μοντέλο HEC-RAS. Το αποτέλεσμα αυτό είναι πολλά υποσχόμενο. Η μελέτη εν τέλει παρήγαγε μια σειρά χαρτών επικινδυνότητας πλημμυρών για διάφορες χρονικές περιόδους (10, 20, 50, 100 χρόνια), λαμβάνοντας υπόψη τη φυσική και κοινωνική ευπάθεια της περιοχής. Συμπερασματικά, η τηλεπισκόπηση, το GIS και το GPS, σε συνεργασία με μία τεχνική μοντελοποίησης των πλημμυρών, εφαρμόστηκαν επιτυχώς για να δημιουργήσουν το πρώτο σετ χαρτών επικινδυνότητας πλημμυρών για το κατώτερο τμήμα του ποταμού Kalu – Ganda στη Σρι Λάνκα, το οποίο συμβάλλει στην προετοιμασία και την μείωση των φυσικών καταστροφών.
