Use of remote sensing and geographic information systems in mapping flood extent and assessing flood hazard: application example: Evros's tributary, Erythropotamos river

Abstract

Erythropotamos is a tributary of river Evros and during the last decade its drainage basin flooded many times, causing extensive damage on properties. In order to pave the path for effective flood risk management and compensate for the lack of studies in such a flood-prone area the flood hazard assessment procedures of inundation mapping, flood hazard and risk mapping, along with flood susceptibility mapping were employed. Inundation mapping was carried out with the aid of SAR (Synthetic Aperture Radar) imagery. Specifically, ENVISAT/ASAR and SENTINEL – 1 A/B imagery was utilized to delineate the inundated areas of flood events that occurred in 2010, 2017 and 2018. Flood hazard and risk mapping was implemented with the use of Geographic Information Systems (GIS) for both only the thalweg and the river reaches of the 5th stream order and higher, providing predictions of flood extents and the spatial distribution of water depths according to scenarios that were suggested by both the 2007/60/EC Directive and certain gauges of the station that is located on the bridge of Didymoteicho. Furthermore, flood susceptibility mapping was conducted for the study area by applying the Analytical Hierarchy Process (AHP). Topographical, hydrological and meteorological factors were used and each one of them was classified into three (3) flood susceptibility categories (low, medium and high). The importance of each factor over the others was determined with the aid of either the results of inundation or flood hazard mapping, thus dealing with the subjectivity that involves the determination of the hierarchy of factors in AHP. Subsequently, the resulting flood susceptibility maps were validated according to the inundated areas of the April 2017, March 2018 and, in the case where the hierarchy of factors was determined by the results of flood hazard mapping, February 2010 flood extent. The results of the aforementioned procedure indicated that large portions of the delineated areas intersected with each susceptibility map’s high susceptibility zone. Finally, the results of each flood hazard assessment procedure were not only compared with the zone of potential high flood risk that is suggested by Ministry of Environment and Energy but also they were combined in a number of ways in order to determine whether it was feasible to achieve better outcomes.

Ο Ερυθροπόταμος είναι παραπόταμος του ποταμού Έβρου και κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας η λεκάνη απορροής του πλημμύρησε αρκετές φορές, προκαλώντας εκτεταμένες ζημιές σε περιουσίες. Προκειμένου να προετοιμαστεί ο δρόμος για αποτελεσματική διαχείριση του πλημμυρικού κινδύνου και να αντισταθμιστεί η έλλειψη τέτοιων μελετών σε μια περιοχή που είναι τόσο επιρρεπής σε πλημμύρες, χρησιμοποιήθηκαν διαδικασίες εκτίμησης της επικινδυνότητας της πλημμύρας όπως η χαρτογράφηση κατακλυζόμενων περιοχών, η χαρτογράφηση της επικινδυνότητας και του κινδύνου της πλημμύρας, καθώς και η χαρτογράφηση της πλημμυρικής επιδεκτικότητας. Η χαρτογράφηση κατακλυζόμενων περιοχών διεξήχθη με τη βοήθεια εικόνων Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγματος. Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν εικόνες ENVISAT/ASAR και SENTINEL – 1 A/B προκειμένου να οριοθετηθεί ο χώρος των κατακλυζόμενων περιοχών που συνέβησαν τις χρονιές 2010, 2017 και 2018. Η χαρτογράφηση της επικινδυνότητας και του κινδύνου της πλημμύρας υλοποιηθήκαν με τη βοήθεια των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π.), όχι μόνο για την κύρια μισγάγγεια άλλα και για τους κλάδους του υδρογραφικού δικτύου άνω της 5ης τάξης, παρέχοντας προβλέψεις για την έκταση των πλημμυρών και για τη χωρική κατανομή του βάθους του νερού συμφώνα με τα σενάρια που προτείνονται από την Οδηγία 2007/60 του Ευρωπαϊκού Κοινοβουλίου, καθώς και για συγκεκριμένες μετρήσεις του σταθμού που είναι τοποθετημένος στη γέφυρα του Διδυμοτείχου. Επιπλέον, η χαρτογράφηση της πλημμυρικής επιδεκτικότητας διεξήχθη για την υπό μελέτη περιοχή εφαρμόζοντας τη Διαδικασία της Αναλυτικής Ιεραρχίας (Analytical Hierarchy Process/AHP). Χρησιμοποιήθηκαν τοπογραφικοί, υδρολογικοί και μετεωρολογικοί παράγοντες και ο καθένας από αυτούς ταξινομήθηκε σε τρεις (3) κατηγορίες επιδεκτικότητας (χαμηλή, μέτρια και υψηλή). Η σημαντικότητα του κάθε παράγοντα έναντι των υπολοίπων καθορίστηκε με τη βοήθεια είτε της χαρτογράφησης κατακλυζόμενων περιοχών ή της χαρτογράφησης της επικινδυνότητας της πλημμύρας, αντιμετωπίζοντας με αυτό τον τρόπο την υποκειμενικότητα που περιλαμβάνεται στον καθορισμό της ιεραρχίας των παραγόντων από τη Διαδικασία της Αναλυτικής Ιεραρχίας. Ακολούθως, οι παραγόμενοι χάρτες πλημμυρικής επιδεκτικότητας αξιολογήθηκαν σύμφωνα με τις κατακλυζόμενες περιοχές των πλημμυρών του Απριλίου 2017, του Μαρτίου 2018 και, στην περίπτωση που η ιεραρχία των παραγόντων καθορίστηκε από τα αποτελέσματα της χαρτογράφησης της επικινδυνότητας, με τις κατακλυζόμενες περιοχές των πλημμυρών του Φεβρουαρίου 2010. Τα αποτελέσματα των ως άνω αναφερθέντων διαδικασιών υπέδειξαν ότι μεγάλα ποσοστά των οριοθετημένων περιοχών κατάκλυσης τέμνουν τις ζώνες υψηλής επιδεκτικότητας του κάθε χάρτη πλημμυρικής επιδεκτικότητας. Τελικά, τα αποτελέσματα κάθε διαδικασίας εκτίμησης της επικινδυνότητας της πλημμύρας δεν συγκρίθηκαν μόνο με τη Ζώνη Δυνητικά Υψηλού Κινδύνου Πλημμύρας που προτείνεται από το Υπουργείο Περιβάλλοντος και Ενέργειας αλλά και συνδυάστηκαν ποικιλοτρόπως προκειμένου να διερευνηθεί αν είναι εφικτό να επιτευχθούν καλύτερα αποτελέσματα.