Εφαρμογές Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών (GIS) στη χαρτογράφηση της επικινδυνότητας σε διάβρωση

Soil erosion risk mapping using Geographic Information Systems (GIS) (Αγγλική)

  1. MSc thesis
  2. Μάστορης, Ιωάννης
  3. Περιβαλλοντικός Σχεδιασμός Έργων Υποδομής (ΠΣΕ)
  4. 19 Σεπτεμβρίου 2020 [2020-09-19]
  5. Ελληνικά
  6. 178
  7. Ρετάλης, Αδριανός
  8. Κολιός, Σταύρος
  9. Εφαρμογές GIS ανοικτού κώδικα | χαρτογράφηση επικινδυνότητας διάβρωσης εδαφών | αποκόλληση | μεταφορά | απόθεση | αποσάθρωση.
  10. 15
  11. 103
  12. Περιέχει: Εικόνες / Σχήματα, Εξισώσεις, Χάρτες, Πίνακες
    • Στόχος της ΔΕ είναι ο υπολογισμός της επικινδυνότητας διάβρωσης στη λεκάνη απορροής της Καλλονής του Δήμου Τήνου, της νήσου Τήνου, της Περιφέρειας νοτίου Αιγαίου, Ελλάδα, με εφαρμογή Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων (Γ.Π.Σ.) και Τηλεπισκόπησης (Remote Sensing). Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για τον υπολογισμό της διάβρωσης των εδαφών, βασίζεται στο μοντέλο RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation - Αναθεωρημένη Παγκόσμια Εξίσωση Εδαφικής Απώλειας), ώστε μετά από την επεξεργασία ενός συνόλου μεταβλητών παραμέτρων (τοπογραφίας, κλίματος, χρήσεων γης, γεωλογίας, πρακτικών διαχείρισης γης και καλλιέργειας), να προκύψει ένας τελικός χάρτης της χωρικής απεικόνισης και του ποσοτικού προσδιορισμού της κατανομής της διάβρωσης, στην περιοχή μελέτης. Τα προσδοκώμενα αποτελέσματα της ΔΕ είναι o υπολογισμός της διάβρωσης με τον τύπο: A=R*K*LS*C*P, όπου Α = υπολογιζόμενη μέση ετήσια απώλεια εδάφους (tn ha-1 yr-1), R = δείκτης διαβρωτικότητας λόγω βροχόπτωσης & απορροής (MJ mm ha-1 h-1 yr-1), Κ = παράγοντας διαβρωσιμότητας (t ha h ha−1 MJ−1mm−1), LS = συνδυασμένη επίδραση μήκους και βαθμού κλίσης (Length - Slope - αδιάστατο), C = παράγοντας φυτικής κάλυψης και καλλιεργητικών μεθόδων (αδιάστατο), Ρ = εφαρμοζόμενα μέτρα βελτίωσης και η εκτίμηση του κινδύνου (αδιάστατο). Ο υπολογισμός και η μελέτη των επιμέρους παραμέτρων του RUSLE, στηρίχθηκε σε βιβλιογραφικό υλικό, σε ελεύθερα δεδομένα από το Ευρωπαϊκό Κέντρο Εδαφολογικών Δεδομένων (“ESDAC - European Commission,” 2020) και σε συγκεκριμένα γεωχωρικά εργαλεία (αλγόριθμους από τα λογισμικά GRASS και SAGA). Από την Ιαπωνική Υπηρεσία Διαστήματος, λάβαμε και χρησιμοποιήσαμε το ελεύθερα διαθέσιμο ψηφιακό μοντέλο εδάφους (“ALOS Global Digital Surface Model,” 2020). Αρχικά έγινε επισκόπηση της Ελληνικής και ξενόγλωσσης βιβλιογραφίας. Το πρώτο κεφάλαιο συντάσσεται σε συνέχεια της βιβλιογραφικής επισκόπησης που έχει προηγηθεί. Παρουσιάζεται το γενικό θεωρητικό υπόβαθρο της διάβρωσης, οι τύποι της διάβρωσης και οι διεργασίες μεταφοράς. Στο δεύτερο κεφάλαιο αναλύονται τα μοντέλα υπολογισμού της διάβρωσης (εμπειρικά, φυσικά, εννοιολογικά και υβριδικά) και παρουσιάζεται συνοπτικά ένα χαρακτηριστικό μοντέλο από κάθε κατηγορία. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα εμπειρικά μοντέλα USME, RUSLE, MUSLE. Στη συνέχεια του 3ου κεφαλαίου, περιγράφεται λεπτομερώς το μοντέλο RUSLE και η εφαρμογή του σε διαφορετικές γεωγραφικές ζώνες του πλανήτη (σε ζώνες με τροπικό υγρό κλίμα, σε ζώνες με τροπικό υγρό κλίμα και τροπικό ξηρό κλίμα, σε ζώνες με ημιάγονο κλίμα ή σε στέπες, σε ζώνες με υγρό υποτροπικό κλίμα, σε ζώνες με ορεινό ή αλπικό κλίμα, στην έρημο ή σε κλιματικές ζώνες με άγονο κλίμα) και τέλος στην κλιματική ζώνη της Μεσογείου, όπου και επικεντρώνεται η μελέτη μας. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφεται η εφαρμογή του μοντέλου RUSLE στην Ε.Ε., η μεθοδολογία και τα ελεύθερα διαθέσιμα δεδομένα που είναι απαραίτητα για τον υπολογισμό της διάβρωσης σε οποιαδήποτε περιοχή των Κρατών - Μελών της Ε.Ε,. καθώς και κάποιων κρατών που δεν ανήκουν στην Ε.Ε. Περιγράφονται τα δεδομένα που δίδονται από το Ευρωπαϊκό Κέντρο Δεδομένων Εδαφολογίας προκειμένου για να γίνει ο προσδιορισμός των παραγόντων διαβρωτικότητας (R), διαβρωσιμότητας (Κ), διαχείρισης κάλυψης γης (C), μήκους και βαθμού κλίσης (LS) και πρακτικών ενίσχυσης του εδάφους (P). Το πέμπτο κεφάλαιο ξεκινάει με μία διεξοδική έρευνα των μελετών που έχουν ήδη γίνει στην Ελληνική επικράτεια. Ο λόγος είναι, ώστε να μπορέσουμε να καθορίσουμε την περιοχή μελέτης και να αποφύγουμε να επαναλάβουμε την έρευνα σε μία περιοχή που έχει ήδη προηγηθεί άλλη μελέτη. Στη συνέχεια γίνεται ο τελικός καθορισμός της περιοχής μελέτης σε επίπεδο λεκάνης απορροής, η γεωγραφική της θέση, τα κλιματολογικά, τοπογραφικά και γεωλογικά χαρακτηριστικά αυτής και αναπτύσσεται η μεθοδολογία της εκτίμησης της διάβρωσης των εδαφών με τη χρήση γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων. Τα τελικά αποτελέσματα παρουσιάζονται με τη μορφή ψηφιακών χαρτών και τέλος γίνεται η ανάλυση των αποτελεσμάτων καθώς και μία πρόβλεψη για την έκταση που εκτιμάται ότι θα έχει το φαινόμενο το έτος 2050, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής. Στο τελευταίο τμήμα της εργασίας περιγράφονται τα συμπεράσματα αυτής της διπλωματικής εργασίας και αναλύονται τα μέτρα προστασίας από την εδαφική διάβρωση. Παράλληλα γίνεται και διερεύνηση της σχέσης που έχει η εδαφική διάβρωση με την πυρκαγιά, καθώς φαίνεται από τα στοιχεία ότι μία πυρκαγιά μπορεί να χειροτερεύσει κατά πολύ τα μεγέθη της διάβρωσης. Τέλος γίνεται και μία αναφορά στα διαθέσιμα εργαλεία προκειμένου να μπορεί να γίνει η έγκαιρη χαρτογράφηση και η εκτίμηση του δείκτη διάβρωσης μετά από πυρκαγιά.
    • The aim of this thesis is to calculate the risk of soil erosion in the catchment area of Kalloni of the Municipality of Tinos, Tinos island, South Aegean Region, Greece, by applying open code Geographic Information Systems (GIS) and Remote Sensing techniques. The methodology followed for the calculation of soil erosion is based on the RUSLE model (Revised Universal Soil Loss Equation), so that we shall be able to produce a final map of the spatial representation and quantification of the erosion, in the study area after processing a set of variable parameters (topography, climate, land use, geology, practices land management and cultivation). The calculation of the erosion with use of the formula: A = R * K * LS * C * P will give us the expected result of the study, where A = calculated average annual soil loss (tn ha-1 yr-1), R = erosivity index due to rainfall & runoff (MJ mm ha-1 h-1 yr-1), K = erodibility factor (t ha h ha − 1 MJ − 1mm − 1), LS = combined effect of length and slope distance (Length - Slope - dimensionless), C = vegetation and cultivation factor (dimensionless) and P = agricultural practices (dimensionless). The study and calculation of the individual RUSLE parameters, was based on free available data from the European Soil Data Center ("ESDAC - European Commission," 2020) and on certain geospatial tools (GRASS, SAGA algorithms). We also received and used the free digital elevation model (ALOS Global Digital Surface Model, 2020) from the Japanese Space Agency (JAXA), as well as various bibliographic references. A review of the Greek and foreign language bibliography took place. The first chapter of this study was written following the bibliographic review. The general theoretical background of soil erosion, the types of erosion and the transport processes are presented. The second chapter analyzes the erosion calculation models (empirical, physical, conceptual and hybrid) and briefly presents a characteristic model of each category. The third chapter presents the empirical models USME, RUSLE, MUSLE. The RUSLE model and its application in different geographical areas of the world (in tropical wetlands, tropical wetlands and tropical dry climates, in semi-humid climate zones or in steppes, in zones with humid subtropical climate, in zones with mountainous or alpine climate, in the desert or in climatic zones with barren climate) is described in detail. The RUSLE model application is finally described in the climatic zone of the Mediterranean, where our study focuses. Chapter 4 describes the application of the RUSLE model in the EU, the methodology and the freely available data sets that are necessary for the calculation of erosion in any region of the EU Member States, as well as, in some non-EU countries. The data provided by the European Soil Data Center is used to determine the factors of erodibility (R), erosivity (K), land cover management (C), length and slope (LS) and the soil managemant practices (P). The fifth chapter begins with a thorough research of the studies that have already been done in Greece. The reason for this, is to avoid repeating the research in an area that has already been preceded by another study. Then, the final definition of the study area at the basin's level is taking place. At the next level of the study, we determined the exact geographical location of the catchment area, its climatological, topographic and geological characteristics and the methodology for the assessment of soil erosion by application of open code geographical information systems. The final results are presented in the form of digital maps. We then proceeded with the analysis of these results and also with the analysis of the forecast soil erosion map for the extent that the phenomenon is estimated to have in the year 2050, due to climate change. The last part of the thesis describes the conclusions of this dissertation and analyzes the measures for protection against soil erosion. At the same time, the relationship between soil erosion and fire is being investigated, as evidenced by the fact that a fire can greatly worsen the magnitude of the erosion. Finally, a reference is made to the available tools in order to be able to make a timely mapping and assessment of the soil erosion susceptibility index - (SESI), after a fire.
  14. Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Διεθνές