Μια μεθοδολογία βασισμένη στο Σύστημα ΓΣ(GIS) και την Τηλεπισκόπιση για την αξιολόγηση της δυναμικότητας των υπόγειων υδάτων
Από RemoteSensing Wiki
Μια μεθοδολογία βασισμένη στο Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS) και την Τηλεπισκόπηση (Remote Sensing) για την αξιολόγηση της δυναμικότητας των υπόγειων υδάτων στην περιοχή του Τυρνάβου, Ελλάδα.
Πρωτότυπος τίτλος: A GIS/Remote Sensing-based methodology for groundwater potentiality assessment in Tirnavos area, Greece.
Συγγραφείς: D. Oikonomidis, S. Dimogianni, N. Kazakis, K. Voudouris
Πηγή: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022169415002279
Σκοπός
Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η αξιολόγηση της δυναμικότητας των υπόγειων υδάτων μέσω χαρτογράφησης συνδυάζοντας το Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS) και την Τηλεπισκόπηση (Remote Sensing) με δεδομένα που έχουν ληφθεί από το πεδίο με απώτερο σκοπό την ανάπτυξη ενός νέου εργαλείου για την υδρογεωλογική έρευνα.
Εισαγωγή
Τα υπόγεια ύδατα ποικίλλουν χωρικά και χρονικά και αποτελούν τη σημαντικότερη πηγή νερού. Γι’ αυτό είναι εξαιρετικά σημαντική η ενδελεχής μελέτη της αξιολόγησης και της δυναμικότητάς τους. Πληθώρα μελετών επισημαίνουν τη χρήση του Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών και της Τηλεπισκόπησης ως ερευνητικά εργαλεία στην Υδρογεωλογία. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η χρήση παρατηρήσεων της υγρασίας εδάφους μέσω Τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση της επαναφόρτισης υπόγειων υδάτων. Η Τηλεπισκόπηση συμβάλλει α) στη στόχευση ενδεχόμενων ζωνών για εξερεύνηση υπόγειων υδάτων και β) στην εκτίμηση των πηγών υπόγειων υδάτων και την επιλογή κατάλληλων σημείων για γεώτρηση και τεχνητή επαναφόρτιση. Το Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών βοηθά στη χαρτογράφηση δυναμικότητας υπόγειων υδάτων και παρέχει την ικανότητα αποθήκευσης, διαχείρισης και ανάλυσης δεδομένων σε διαφορετικές μορφές και κλίμακες επιτρέποντας, παράλληλα, μια συνεργιστική επεξεργασία χωρικών δεδομένων από πολλαπλές πηγές. Τοποθεσία, φυσικό υπόβαθρο και υδρογεωλογία της υπό μελέτη περιοχής
Η υπό μελέτη περιοχή εντοπίζεται στην Κεντρική Ελλάδα, στην περιοχή της Θεσσαλίας (έκταση 419,4χλμ2). Παρουσιάζει ήπιο έως σχετικά υψηλό ανάγλυφο με υψόμετρα από 27μ. έως 886μ. και κλίμα μεσογειακού τύπου. Η γη εκεί έχει κυρίως γεωργικές εφαρμογές, συνεπώς η χρήση υπόγειων υδάτων εμφανίζει έντονη αύξηση τις τελευταίες δεκαετίες. Την περιοχή διαπερνά ο Πηνειός ποταμός (205χλμ. ολικό μήκος), ο οποίος συλλέγει σχεδόν όλη την απορροή της Θεσσαλικής πεδιάδας και κυριαρχεί στο δίκτυο αποστράγγισης της ευρύτερης περιοχής. Πρόκειται για μια βαθιά λεκάνη που περιβάλλεται από ψηλά βουνά και ο ιζηματογενής υπόγειος υδροφορέας δέχεται άφθονη προμήθεια κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Υπάγεται στη ζώνη της Πελαγονίας και αποτελείται από ποτάμιες αναβαθμίδες, σχιστόλιθους, γνεύσιους, ιζηματογενή κοιτάσματα και μάρμαρα. Τα κύρια υδροφορικά συστήματα αναπτύσσονται εντός των ιζηματογενών κοιτασμάτων και των μαρμάρων προς σχηματισμό δύο διαφορετικών συστημάτων, ένα βαθύ (πάχος 300μ.) και ένα ρηχό (πάχος 70μ.) διαχωριζόμενα μεταξύ τους με μία αδιαπέραστη στρώση πάχους 50μ.
Υλικά και μέθοδοι
Για την υλοποίηση της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν τα εξής δεδομένα και λογισμικά:
• Γεωλογικοί χάρτες που καλύπτουν την υπό μελέτη περιοχή (Λάρισα, Γόννοι, Ελασσόνα, Φαρκαδόνα, κλίμακα 1:50.000, πηγή: Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών/Ι.Γ.Μ.Ε.)
• Landsat-7/ETM και δορυφορική εικόνα, αποκτηθέντα τον Ιανουάριο του 2000
• Digital Elevation Model/DEM μέσω δορυφόρου ASTER, οριζόντια χωρική ανάλυση 30μ.
• Μετεωρολογικά και κλιματολογικά δεδομένα, μετρήσεις του επιπέδου υπόγειων υδάτων και χημικές αναλύσεις δειγμάτων από υπόγεια ύδατα
• Λογισμικό επεξεργασίας εικόνων: ENVI 4.8
• Λογισμικό Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών: ArcGIS 10.1
Οι τεχνικές επεξεργασίας που ακολουθήθηκαν είναι οι εξής:
• Σάρωση χαρτών από το Ι.Γ.Μ.Ε., εισαγωγή αυτών στο ArcGIS 10.1 και γεωγραφική απεικόνιση στο σύστημα προβολής UTM.WGS84
• Λογισμικό ENVI 4.8 για ‘’στρωματοποίηση’’ της δορυφορικής εικόνας και γεωγραφική απεικόνιση. Αλλαγή μεγέθους, ραδιομετρική διόρθωση και δημιουργία ψευδόχρωμης σύνθετης εικόνας
• Σχηματισμός θεματικών χαρτών (χρήση 7 παραμέτρων: βροχόπτωση, επαναφόρτιση, λιθολογία, πυκνότητα χαρακτηριστικών, πλαγιά, σύστημα αποστράγγισης, βάθος στάθμης υπόγειων υδάτων)
• Εφαρμογή σταθμισμένου χωρικού πιθανολογικού μοντέλου προς αναγνώριση πιθανών περιοχών υπόγειων υδάτων σύμφωνα με τη σχέση τους με την ύπαρξη υπόγειων υδάτων. Δημιουργία χάρτη δυναμικότητας υπόγειων υδάτων.
• Χρήση μαθηματικής μεθόδου «Αναλυτική Ιεραρχική Διαδικασία» για τη δημιουργία του τελικού χάρτη δυναμικότητας υπόγειων υδάτων
• Μέθοδος ταξινόμησης ίσων διαστημάτων του ArcGIS 10.1: κατηγοριοποίηση ποσοτικών παραμέτρων
Αποτελέσματα
Η μέση ετήσια βροχόπτωση παρατηρήθηκε υψηλότερη σε σημεία με υψηλότερο υψόμετρο. Επίσης, εξήχθη το συμπέρασμα ότι σε περιοχές με υψηλότερο υψόμετρο και βροχόπτωση υπάρχει μεγαλύτερη δυνατότητα απόκτησης νερού, ενώ εκτιμάται ότι περίπου 63% της ετήσιας βροχόπτωσης επιστρέφει στην ατμόσφαιρα μέσω της διαδικασίας της εξατμισοδιαπνοής. Στη συνέχεια, παρατηρήθηκε ότι στην περιοχή που αποτελείται από μάρμαρα ο ρυθμός επαναφόρτισης είναι υψηλότερος σε σχέση με το ρυθμό επαναφόρτισης της περιοχής με γνεύσιους. Επιπλέον, εντοπίστηκαν 5 υδρολιθολογικοί τύποι. Σημειώθηκε, επίσης, ότι στα σημεία όπου δεν υπάρχουν ρήγματα και χαρακτηριστικά η δυναμικότητα των υπόγειων υδάτων είναι χαμηλή. Στις περιοχές με πιο απότομο ανάγλυφο αυξάνεται η απορροή το οποίο, κατ’ επέκταση, ελαχιστοποιεί το βαθμό επαναφόρτισης των υπόγειων υδάτων. Είναι γνωστό ότι όσο πιο πυκνή η αποστράγγιση τόσο μικρότερος ο ρυθμός επαναφόρτισης και αντίστροφα. Συνεπώς, η δυναμικότητα των υπόγειων υδάτων είναι χαμηλότερη στις περιοχές υψηλής πυκνότητας αποστράγγισης. Τέλος, δημιουργήθηκε ένας χάρτης που χωρίζεται σε πέντε κύριες ομάδες ανάλογα με τη στάθμη υπόγειων υδάτων και σημειώθηκε ότι στις περιοχές με πιο χαμηλό επίπεδο υπάρχει μεγαλύτερη δυναμικότητα του νερού. Αντίθετα, στις περιοχές όπου το επίπεδο φτάνει σε μεγάλα βάθη παρατηρείται μεγαλύτερη δυσκολία στην εξαγωγή υπόγειων υδάτων.
Συμπεράσματα
Τα ιζηματογενή κοιτάσματα και ένα μέρος μαρμάρων εμφανίζουν τη μεγαλύτερη δυναμικότητα υπόγειων υδάτων. Η αξιοπιστία του χάρτη που σχηματίστηκε αξιολογήθηκε και μέσω διαθέσιμων δεδομένων γεώτρησης, ενώ πραγματοποιήθηκε συνδυασμός μεταξύ των πιθανών ζωνών υπόγειων υδάτων και των συγκεντρώσεων νιτρικών αλάτων προς αποκλεισμό των μολυσμένων ζωνών. Συνεπώς, α) η νέα μέθοδος παρουσιάζει τις περιοχές με δυναμικότητα υπόγειων υδάτων και τις περιοχές με υπόγεια ύδατα καλής ποιότητας, β) οι χάρτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αναφορά για την επιλογή κατάλληλων σημείων γεώτρησης συμβάλλοντας στην ορθολογική εκμετάλλευση και αειφόρο ανάπτυξη των πηγών νερού και γ) η μέθοδος παρουσιάζει ελαστικότητα και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε μια ευρεία ποικιλία περιοχών.
