Τρεις τοπογραφικές προσεγγίσεις για την έρευνα της διάβρωσης του εδάφους σε ορεινό μονοπάτι που επλήγη από δασική πυρκαγιά.

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Three topographical approaches to survey soil erosion on a mountain trail affected by a forest fire. Barranc de la Manesa, Llutxent, Eastern Iberian Peninsula

Συγγραφείς: D. Salesa,A. Minervino Amodio, C.M. Rosskopf, V. Garfì, E. Terol, A. Cerdà

1 Ομάδα Ερευνών για τη διάβρωση και την υποβάθμιση του εδάφους. Τμήμα Γεωγραφίας, Πανεπιστήμιο της Βαλένθια, Blasco Ibàñez, 28, 46010 Βαλένθια, Ισπανία 2 Department of Biosciences and Territory, University of Molise, 86090, Pesche (IS), Ιταλία 3 Escuela Técnica Superior de Ingeniería Geodésica, Cartográfica y Topográfica, Universitat Politècnica de València, Camino de Vera, s/n, 46022, Valencia, Ισπανία

Δημοσιεύθηκε: Journal of Environmental Management, 2020.

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [[1]]

Λέξεις-κλειδιά: διάβρωση του εδάφους, ορεινά μονοπάτια, δασική πυρκαγιά, Φωτογραμμετρία.

Εισαγωγή

Ο στόχος της μελέτης είναι εκτίμηση της διάβρωσης του εδάφους σε ορεινά μονοπάτια σε μια περιοχή όπου η επίδραση σκίασης από τη βλάστηση δεν θα επηρέαζε την εφαρμογή και αξιολόγηση νέων τεχνικών μελέτης. Πιο συγκεκριμένα ο κύριος στόχος αυτής της μελέτης είναι έλεγχος της ακρίβειας και η σύγκριση τριών μεθοδολογιών για τη μέτρηση των ρυθμών διάβρωσης σε ορεινά μονοπάτια: i) Μέθοδος διατομής, ii) εναέρια φωτογραμμετρία με χρήση drones και iii) επίγεια φωτογραμμετρία χρησιμοποιώντας τις κάμερες δύο κινητών τηλεφώνων (Εικ. 1).

Εικόνα 1. Συλλογή δεδομένων στην περιοχή μελέτης με τις 3 μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν: τη μέθοδο διατομής (αριστερά), φωτογραμμετρία με τη κινητό (κέντρο) και φωτογραμμετρία με χρήση μη επανδρωμένου αεροσκάφους (ΣμηΕΑ).

Στόχος

Ο στόχος της μελέτης είναι η διερεύνηση της αποτελεσματικότητας της χρήσης δεδομένων τηλεπισκόπησης με δορυφορικές εικόνες για την πρόβλεψη των παραμέτρων ποιότητας του νερού και η επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων μέσω της επιτόπιας συλλογής δειγμάτων νερού από σταθμούς κατά μήκος του ποταμού Τίγρη στο Ιράκ. Η παρούσα μελέτη στοχεύει να αναπτύξει και να επικυρώσει μια μεθοδολογία αξιολόγησης της ποιότητας του νερού με βάση την τηλεπισκόπηση χρησιμοποιώντας ελεύθερα διαθέσιμα δεδομένα ποιότητας νερού και δορυφορικές εικόνες Landsat 8. Επιπλέον, επιδιώκει να καθορίσει τη σχέση μεταξύ των παραμέτρων του νερού και των φασματικών ζώνών του Landsat 8.

Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο ανατολικό τμήμα της Ιβηρικής Χερσονήσου, στον δήμο Llutxent (Εικ. 2Α), σε μια καμένη έκταση 3270 ha (Εικ. 2Β), όπου τα δένδρα σκληρόφυλλης βλάστησης απομακρύνθηκαν λόγω της σφοδρότητας της πυρκαγιάς. Στις καμένες εκτάσεις δίνεται η ευκαιρία να εφαρμοστούν πιο εξελιγμένες τεχνολογίες στη μελέτη του εδάφους λόγω της έλλειψης της φυτικής κάλυψης.

Εικόνα 2. Θέση της περιοχής μελέτης: Α) με κόκκινο τετράγωνο ο δήμος Lluxent. Β) το πολύγωνο οριοθετεί την καμένη έκταση και ο κόκκινος κύκλος δείχνει τα μονοπάτια.

Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος διατομής, που έχει εφαρμοστεί ευρέως λόγω της απλότητας και του χαμηλού κόστους της, για να αξιολογηθεί η διάβρωση του εδάφους σε δύο επιλεγμένα τμήματα μονοπατιού, μήκους 20 και 30 m αντίστοιχα. Σε κάθε τμήμα τα σημεία μέτρησης βρίσκονταν σε απόσταση 1 m μεταξύ τους (Εικ. 3). Με βάση τις αποστάσεις που μετρήθηκαν μεταξύ της επιφάνειας του εδάφους και της μεταλλικής ράβδου, υπολογίστηκε η απώλεια εδάφους (σε cm2).

Εικόνα 3. Σχηματική απεικόνιση της μεθόδου διατομής που χρησιμοποιούνται δύο συνεχόμενα σημεία μέτρησης (α και β). Ο όγκος της απώλειας του εδάφους υπολογίζεται με εξισώσεις

Επίσης, εφαρμόστηκαν 2 πιο σύγχρονες τεχνικές για να αξιολογηθεί η απώλεια εδάφους: η αεροφωτογραμμετρία και το drone DJI Phantom 3 Std και h επίγεια φωτογραμμετρία και δύο κινητά με κάμερα υψηλής ανάλυσης 13 MP. Αυτές οι τεχνικές είναι παρόμοιες καθώς βασίζονται στην απόκτηση δισδιάστατες εικόνες για την αναδόμηση της τρισδιάστατης δομής του μονοπατιού με μοντέλα.

Αποτελέσματα

Τα δύο τμήματα του μονοπατιού που μελετήθηκαν παρουσιάζουν μέση γωνία κλίσης 4,19° (Std. Dev. 4,26), με το πρώτο από αυτά να είναι ελαφρώς πιο απότομο (4,39° έναντι 3,90°). Επιπλέον, το πρώτο τμήμα είναι περισσότερο πετρώδες (20,11% έναντι 13,87%). Το μέσο πλάτος της διαδρομής, για τα δύο τμήματα είναι πολύ παρόμοια. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν με τη μέθοδο διατομής για το χαμήλωμα της επιφάνειας του το πρώτο τμήμα έδειξε πιο μεγαλύτερη απώλεια εδάφους από το δεύτερο (12,30 cm έναντι 9,52 cm). Τα αποτελέσματα για το μονοπάτι και την απώλεια εδάφους σε αυτό με τις τρεις μεθόδους είναι παρόμοια (Εικ. 4).

Εικόνα 3. Αποτελέσματα για την απώλεια εδάφους στο μονοπάτι με τις τρεις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν. CSA: Μέθοδος διατομής, DRONE: Μέθοδος ΣμηΕΑ, SPD: Μέθοδος κινητού. Max Diff: η μέγιστη διαφορά μεταξύ των 3 μεθόδων.

Στο πρώτο τμήμα του μονοπατιού, η μεγαλύτερη τιμή απώλειας του εδάφους εκτιμήθηκε με τη μέθοδο επίγειας φωτογραμμετρία και κινητά SPD (11,21 m2). Το δεύτερο τμήμα έδειξε την μεγαλύτερη τιμή απώλειας με τη μέθοδο διατομής CSA (24,50 m2). Όσον αφορά τους όγκους απώλειας εδάφους, οι υψηλότερες τιμές έχουν ληφθεί αντίστοιχα με τις μεθόδους SPD και CSA για το πρώτο και το δεύτερο τμήμα (1,98 και 2,75 m3) ενώ οι χαμηλότερες τιμές έχουν υπολογιστεί με τις μεθόδους CSA και DRONE στο πρώτο και το δεύτερο τμήμα μονοπατιού αντίστοιχα (1,82 και 1,96 m3). Για να αντισταθμίσουμε τον συντελεστή επιφάνειας στον υπολογισμό του όγκου του εδάφους, τυποποιήθηκε η επιφάνεια διαδρομής ίση με 100 m2 και έτσι συγκρίναμε τις τιμές. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η υψηλότερη σχετική απώλεια εδάφους σημειώθηκε στο πρώτο τμήμα του μονοπατιού (Εικ. 7). Σε αυτό το τμήμα, η απώλεια όγκου στο εδάφους είναι παρόμοια με τις τρεις μεθόδους (CSA: 16,32 m3, Drone: 17,09 m3, SPD: 17,66 m3) ενώ βρέθηκε μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ των τιμών που ελήφθησαν στο δεύτερο τμήμα (CSA: 11,22 m3 DRONE: 8,15 m3, SPD: 8,47 m3). Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το πρώτο τμήμα του μονοπατιού έχει μεγαλύτερο ρυθμό διάβρωσης από το δεύτερο και ότι οι τρεις μέθοδοι δίνουν παρόμοια αποτελέσματα.

Εικόνα 5. Ο όγκος της απώλειας εδάφους υπολογίστηκε με τις τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις που τυποποιούν την περιοχή στα 100 m2. CSA: Μέθοδος διατομής. DRON: Μέθοδος ΣμηΕΑ. SPD: συσκευής κινητού.

Εικόνα 6. Αποτελέσματα που ελήφθησαν για την απώλεια εδάφους σε Mg και τους ρυθμούς διάβρωσης του εδάφους με τις τρεις μεθόδους που χρησιμοποιήθηκαν. CSA: Μέθοδος διατομής-περιοχής. DRON: μη επανδρωμένο εναέριο αεροσκάφος. SPD: Συσκευή κινητού.

Συζήτηση

Η λεκάνη της Μεσογείου αποτελεί μια περιοχή ευαίσθητη στη διάβρωση του εδάφους λόγω των κλιματικών και ιστορικών ιδιαιτεροτήτων του και της χρήσης των εδαφικών πόρων. Για να διασφαλίσουμε ότι συλλέγονται ποιοτικά δεδομένα, συγκρίθηκε η μέθοδος της επιφάνειας διατομής (εύχρηστη και χαμηλού κόστους μέθοδος), με δύο πιο εξελιγμένες μεθόδους που βασίζονται στη φωτογραμμετρία με χρήση επίγειων (δύο smartphones) και εναέριων (drones) μέσων. Οι τρεις μέθοδοι που αναφέρθηκαν παραπάνω έδωσαν παρόμοια αποτελέσματα. Ως εκ τούτου, η συμβατική μέθοδος επιτόπιων ερευνών διατομής είναι χρήσιμη και επαρκής για την αξιολόγηση των επιπτώσεων που δημιουργούνται σε ορεινά μονοπάτια, καθώς παρέχει ακριβείς μετρήσεις και μπορεί να επαναληφθεί οποιαδήποτε στιγμή σε περιοχές με διαφορετική βλάστηση. Οι φωτογραμμετρικές μέθοδοι είναι επίσης ακριβείς, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο όταν υπάρχει αραιή βλάστηση, όπως σε ημίξηρα και άνυδρα τοπία ή μετά από δασικές πυρκαγιές. Ωστόσο, οι πιο εξελιγμένες μέθοδοι είναι πιο ακριβείς, πιο χρονοβόρες και μπορούν να συνεισφέρουν με έναν χάρτη της τοπογραφίας του εδάφους. Στόχος αυτής της εργασίας ήταν να συγκριθούν οι τρεις διαφορετικές μέθοδοι και να ελεγχθεί εάν η φωτογραμμετρία που λαμβάνεται σε εδάφη που έχουν πληγεί από φωτιά δίνει καλύτερα αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν επιβεβαιώνουν αυτή την υπόθεση. Η αφαίρεση του υπέργειου τμήματος της βλάστησης λόγω δασικής πυρκαγιάς επιτρέπει τη λήψη κατάλληλων μετρήσεων με τεχνικές εναέρια και επίγεια φωτογραμμετρίας.