Ανάπτυξη ολοκληρωμένου συστήματος υπερφασματικών και θερμικών ψηφιακών τηλεπισκοπικών δεκτών για την ανίχνευση παράκτιων και υποθαλάσσιων πηγών νερού

Abstract

It is estimated that in Greece often karstic water flows via submarine and coastal springs into the sea causing enormous losses of this most precious natural resource. Thus, the exploitation of water that is lost in the sea is of critical importance, mainly for the islands of our country which face the most severe problems of water shortage but also for the continental regions in which the dramatic water shortage becomes more decisive. The research which led to the particular doctoral thesis deals with the development, application and evaluation of methods and techniques for the detection of coastal and submarine springs of water in coastal and island regions with exploitation of airborne thermal and hyperspectral remote sensing acquisition systems. In the framework of the relevant research, it was designed, documented and implemented the first in Greece airborne system for the acquisition of thermal and hyperspectral remote sensing imagery. The system is constituted by the thermal sensor TABI-320 and the hyperspectral sensor CASI-550, constructed by the Canadian company ITRES, as well as the INS/GPS unit CMIGITS III, constructed by BEI Technologies. Moreover, the most adequate methodology has been developed for the detection of coastal and/or submarine springs of natural/brackish water with the use of this system. Aerial acquisitions of thermal and hyperspectral remote sensing imagery have been carried out in parallel with oceanographic and in situ hyperspectral measurements in regions of known coastal and submarine springs near the city of Halkis. Cross-correlations of aerial imagery and in situ measurements were used for the development of the most suitable methodology for the detection of coastal and/or submarine springs based on the most optimal combined exploitation and integration of the thermal and hyperspectral imagery. The first phase of the research aimed at the complete comprehension and explanation of the way that the coastal or submarine springs affect the surrounding sea water and moreover, the way, the sizes and the qualities of their influences on the thermal and hyperspectral remote sensing imagery. Based on the analysis and processing that has been carried out, the methodology for the detection of coastal and submarine springs of natural/brackish water has been documented. The developed methodology encompasses: a) the appropriate planning of the thermal and hyperspectral image acquisition, b) the appropriate setup of the sensors for the remote sensing imagery acquisitions, and c) the detection of the coastal and submarine springs of natural/brackish water and thedetermination of their exact locations. The effectiveness of the developed methodology has been evaluated, verified and confirmed with the detection of new springs in the islands of Skopelos and Kythira. The determination of the exact locations of the coastal and submarine springs in a region, in combination with the relevant hydrogeological study for the region, may help in the determination of the more suitable places for pumping water, as well as the study and manufacture of essential works for its preservation and exploitation.

Στη χώρα μας εκτιμάται ότι πολλοί καρστικοί υδροφόροι ορίζοντες εκφορτίζονται μέσωυποθαλασσίων και παρακτίων πηγών στη θάλασσα με αποτέλεσμα να έχουμε τρομακτικέςαπώλειες του πολυτιμότατου φυσικού πόρου του νερού. Έτσι, η αξιοποίηση του νερού που χάνεται στη θάλασσα αποκτά ιδιαίτερα κρίσιμη σημασία, κυρίως για τα νησιά της χώρας μας τα οποία αντιμετωπίζουν σημαντικότατα προβλήματα λειψυδρίας αλλά και γενικότερα για τις ηπειρωτικές περιοχές στις οποίες γίνεται όλο και πιο καθοριστική η δραματική μείωση των υδατικών διαθεσίμων. Η έρευνα η οποία οδήγησε στη συγκεκριμένη διδακτορική διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη, εφαρμογή και αξιολόγηση μεθόδων και τεχνικών ανίχνευσης παρακτίων και υποθαλασσίων πηγών νερού σε παράκτιες και νησιωτικές περιοχές με αξιοποίηση αερομεταφερόμενων θερμικών και υπερφασματικών τηλεπισκοπικών δεκτών. Στο πλαίσιο της σχετικής έρευνας, σχεδιάστηκε, τεκμηριώθηκε και υλοποιήθηκε το πρώτο στην Ελλάδα αερομεταφερόμενο σύστημα λήψης θερμικών και υπερφασματικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων, το οποίο αποτελείται από τον θερμικό δέκτη TABI-320 και τον υπερφασματικό δέκτη CASI-550 της Καναδικής εταιρίας ITRES καθώς και μία αδρανειακή/GPS μονάδα CMIGITS III της εταιρίας BEI Technologies. Επιπλέον, αναπτύχθηκε η πλέον ενδεικνυόμενη μεθοδολογία για την ανίχνευση παρακτίων ή/και υποθαλασσίων πηγών γλυκού/υφάλμυρου νερού με χρήση του συστήματος αυτού. Πραγματοποιήθηκαν εναέριες λήψεις θερμικών και υπερφασματικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων παράλληλα με ωκεανογραφικές και επίγειες υπερφασματικές μετρήσεις σε περιοχές άγνωστών παρακτίων και υποθαλασσίων πηγών κοντά στην πόλη της Χαλκίδας. Οι συσχετίσεις εναερίων και επιγείων καταγραφών χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη της καταλληλότερης μεθοδολογίας ανίχνευσης των παρακτίων ή/και υποθαλασσίων πηγών με βάση τη βέλτιστη συνδυαστική αξιοποίηση και ολοκλήρωση των δυνατοτήτων των θερμικών και των υπερφασματικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων. Κατά την πρώτη φάση της έρευνας, επιδιώχθηκε η πλήρης κατανόηση και εξήγηση του τρόπου με τον οποίο επιδρούν οι παράκτιες ή υποθαλάσσιες πηγές στο περιβάλλον θαλασσινό νερό και επιπλέον, ο τρόπος, τα μεγέθη και οι ποιότητες της καταγραφής της επίδρασης αυτής στις θερμικές και στις υπερφασματικές τηλεπισκοπικές απεικονίσεις. Με βάση τις αναλύσεις και τις επεξεργασίες οι οποίες πραγματοποιήθηκαν τεκμηριώθηκε στησυνέχεια η μεθοδολογία ανίχνευσης των παρακτίων και υποθαλασσίων πηγών γλυκού/υφάλμυρου νερού η οποία αφορά: α) στο σωστό προγραμματισμό των λήψεων των θερμικών και υπερφασματικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων, β) στις ρυθμίσεις των δεκτών για την πραγματοποίηση των λήψεων, και γ) στον τρόπο ανίχνευσης των πιθανών παρακτίων και υποθαλασσίων πηγών γλυκού/υφάλμυρου νερού και τον προσδιορισμό της ακριβούς θέσης τους. Η αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας η οποία αναπτύχθηκε αξιολογήθηκε και επιβεβαιώθηκε με την ανίχνευση νέων πηγών στα νησιά της Σκοπέλου και των Κυθήρων. Ο προσδιορισμός της ακριβούς θέσης των υποθαλασσίων και παρακτίων πηγών νερού σε μια περιοχή, σε συνδυασμό με την υδρογεωλογική μελέτη της περιοχής, είναι δυνατό να βοηθήσουν στον καθορισμό των καταλληλότερων σημείων άντλησης του νερού, αλλά και μελέτης και κατασκευής των απαραίτητων έργων συγκράτησης και αξιοποίησής του.