Ανάπτυξη γεωχωρικών μοντέλων αστικής επέκτασης για την διερεύνηση προβλημάτων υδατικών πόρων: η περίπτωση του Ρεθύμνου

Δ. Νικολόπουλος, Ανάπτυξη γεωχωρικών μοντέλων αστικής επέκτασης για την διερεύνηση προβλημάτων υδατικών πόρων: η περίπτωση του Ρεθύμνου, MSc thesis, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος – Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2017.

[doc_id=1963]

[Ελληνικά]

Από την προϊστορική εποχή η ανάπτυξη των πρώτο-πόλεων είναι άμεσα συνυφασμένη με την αξιοποίηση υδατικών πόρων. Μετά την βιομηχανική επανάσταση ωστόσο, παρατηρείται ραγδαία αύξηση του αστικού πληθυσμού με συνέπεια σήμερα ο πληθυσμός των πόλεων να υπερβαίνει το 50% του συνολικού. Η έντονη αστικοποίηση δημιουργεί προκλήσεις στον μακροπρόθεσμο στρατηγικό σχεδιασμό των υδροσυστημάτων, κυρίως στην ικανοποίηση αναγκών, στην διαχείριση του πλημμυρικού κινδύνου και στην επεξεργασία λυμάτων και αποβλήτων. Ακόμα, η αστική επέκταση είναι ένα φαινόμενο διαχρονικό, επηρεαζόμενο από πολλούς αλληλοεξαρτώμενους παράγοντες, ιδιαίτερα πολύπλοκο και έντονα μη γραμμικό, άρα η μελέτη της ως δυναμικό σύστημα παρουσιάζει εγγενείς δυσκολίες. Συνεπώς, ο σύγχρονος σχεδιασμός θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει προβλέψεις της μελλοντικής αστικής επέκτασης με τρόπο ικανό να περιγράψει την δυναμική του συστήματος, να παράγει αληθοφανή αποτελέσματα και να ποσοτικοποιεί την αβεβαιότητα έκβασης τους. Παρόλα αυτά, η αστική επέκταση συχνά αναλύεται ως στατική παράμετρος στα προβλήματα διαχείρισης, προερχόμενη από άλλες μελέτες ή δεν λαμβάνεται υπόψη η χωρική της διάσταση, αλλά μόνο η ποσοτική της, με την έννοια της αύξησης του πληθυσμού. Στη παρούσα εργασία επιχειρείται η ανάπτυξη ενός εργαλείου προσομοίωσης της αστικής επέκτασης και μιας μεθοδολογίας εφαρμογής του, με σκοπό να συμπληρώσει τη σύγχρονη θεώρηση της διαχείρισης υδατικών πόρων. Διαμορφώνεται ένα μοντέλο το οποίο υποστηρίζεται από την θεωρία των κυψελοειδών αυτομάτων (Cellular Automata – CA) βάση της οποίας έχουν αναπτυχθεί πολλά αξιόπιστα μοντέλα αλλαγής χρήσεων γης τα τελευταία χρόνια. Τα CA μοντέλα έχουν αποδεδειγμένη ικανότητα προσομοίωσης πολύπλοκων φαινομένων με σχετικά απλούς κανόνες λειτουργίας. Το μοντέλο έχει ικανότητα προσαρμογής σε μεγάλο εύρος προβλημάτων, καθώς δομείται με γενικούς απλούς μηχανισμούς και φειδωλότητα όσον αφορά τα απαιτούμενα δεδομένα. Χαρακτηρίζεται επίσης από υψηλή ταχύτητα εφαρμογής, χωρίς να θυσιάζεται η εγκυρότητα του. Σημαντικό κομμάτι της μεθοδολογίας είναι η ικανότητα βαθμονόμησης του σε απλά και ελεύθερα διαθέσιμα τηλεπισκοπικά δεδομένα μετά από κατάλληλη επεξεργασία. Το τελευταίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό, καθώς σε πολλές περιπτώσεις η εφαρμογή πιο σύνθετων μοντέλων είναι αδύνατη λόγω των ιδιαίτερων απαιτήσεων σε δεδομένα, τα οποία συχνά είναι ελλιπή. Για το λόγο αυτό διαμορφώνεται επίσης ένα τηλεπισκοπικό μοντέλο ταξινόμησης που ενισχύει τη μεθοδολογία. Αξιοποιεί σύγχρονες μεθόδους υπολογισμού της υφής από πολυφασματικές δορυφορικές λήψεις, για την ανίχνευση αστικών επιφανειών. Σε συνεργασία με αντικειμενοστραφείς μεθόδους ιεραρχικής ταξινόμησης παράγονται δεδομένα εισόδου του μοντέλου CA. Άλλα δεδομένα εισόδου είναι οι απλές χρονοσειρές πληθυσμού και ΑΕΠ της περιοχής, το οδικό δίκτυο και το ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Το μοντέλο βαθμονομείται με επιτυχία στην ευρύτερη περιοχή του Ρεθύμνου, η οποία λόγω της ανάμειξης των χρήσεων γης αποτελεί ένα δύσκολο πρόβλημα βαθμονόμησης τόσο του CA όσο και του μοντέλου ταξινόμησης. Τέλος, κατασκευάζονται συνθετικά προβλήματα υδατικών πόρων και το μοντέλο εφαρμόζεται σε λειτουργία πρόβλεψης της μελλοντικής αστικής επέκτασης, ώστε να καταδειχθεί η χρησιμότητα του.