Sattech Розраховує Зміни Кривої Річкового Басейну
Деякі дослідження спрямовані на конкретних учасників, які значною мірою сприяють зміні клімату, тоді як інші пропонують тонкий аналіз, який лише натякає на відповідальність, але зосереджується на наданні фактів. Маурісіо Хуліан Гіменес — один із студентів бакалаврату, мета якого — точно визначити факти екологічної катастрофи та переконатися, що всі дані правильні.
У Сальті, Аргентина, неадекватне землекористування різко вплинуло на річкові басейни, змінивши їхні криві. Ця трансформація вплинула на навколишні екосистеми та створені людиною інфраструктури, а саме залізницю та місцеві дороги, які вимагали гідравлічної адаптації. Місія Маурісіо та його колег полягала в тому, щоб обчислити зміну числа кривої (ЧК) за допомогою таких параметрів, як навколишня рослинність, дані про кількість опадів тощо. Він подав заявку на участь у програмі EOS Data Analytics Academic Outreach і використав EOSDA LandViewer, платформу супутникових спостережень. Маурісіо виконав необхідні розрахунки за допомогою різних індексів та інших функцій платформи. Читайте далі, щоб дізнатися більше про його дослідження.
| Виклик | Маурісіо Хуліану Гіменесу потрібно було розрахувати зміни кривої числа місцевих річкових басейнів в Аргентині. Оскільки територія досить велика, Маурісіо та його команді знадобилася супутникова техніка, щоб оцінити масштаб. |
| Рішення | Маурісіо подав заявку на участь у програмі EOSDA Academic Outreach і отримав доступ до EOSDA LandViewer, щоб оцінити число кривої. Він і його команда використовували індекси вегетації та історичні дані з певних територій, щоб побачити зміни з часом. |
| Результат | Чиcло кривої було розраховано, і зміни були помітні досить чітко. Діяльність людини могла спричинити такі наслідки, тому методологія дослідження Маурісіо тепер може бути використана в інших регіонах світу. |
Місцевий Контекст: Зміни В Басейні Коронель Моллінедо В Аргентині
У Сальті, між річками Дорадо та Дель Валле, басейни зазнають змін через вирубку лісів і певні сільськогосподарські практики, які спричиняють збільшення гідравлічного стоку. Інтенсивні дощі в регіоні в поєднанні з цими практиками призводять до постійних повеней у прилеглих районах, шкодячи залізничній та дорожній інфраструктурам через зміну їх проєктних параметрів.
Через таке постійне втручання людини, як вирубка лісів і невідповідна сільськогосподарська практика, ґрунт місцевого басейну розмивається швидше. Проливні дощі в регіоні в поєднанні з розмивом берегів призводять до постійного підтоплення прилеглих територій. Серія повеней, що сталася з березня 2017 року по березень-квітень 2019 року, призвела до значних пошкоджень конструкції залізниці та місцевих доріг, що спричинило необхідність гідравлічної адаптації всієї інфраструктури.
Ця територія характеризується крутим схилом, що суттєво впливає на структуру стоку, а еродовані ґрунти ще більше ускладнюють цей вплив. За даними Instituto Geográfico Nacional, топографічно верхня частина басейну річки Дель Валле має висоту близько 2090 метрів над рівнем моря, із середнім регіональним нахилом приблизно від 0,0030 до 0,0040 м/м.
Фокус: Крива Числа Ерозії Берегів Річки
Місцевим громадам необхідно було підрахувати шкоду, завдану людським втручанням. Постійні повені безпосередньо пов’язані з вирубкою лісів і нестійкими методами ведення сільського господарства. За даними INTA, ліси поглинають у три рази більше води, ніж ґрунт, який використовується для скотарства, і в десять разів більше, ніж ґрунт, який використовується для вирощування сої. Оскільки обидва види діяльності зазнали величезного зростання в аргентинському сільськогосподарському секторі, це мало негативний і незапланований вплив на екосистему.
Маурісіо та його колеги з Hydraulics Department of the Engineering школи в Universidad Nacional del Nordeste (UNNE) мають на меті “внести свій внесок у розвиток знань у галузі гідравліки за допомогою інноваційних досліджень, розробки екологічно чистих технологій і практичних рішень”. Іншими словами, вони вирішують поточні та майбутні виклики, пов’язані з водою та її ефективним управлінням.
Цінності нашого департаменту включають досконалість у дослідженнях, технологічні інновації, етичну цілісність, командну роботу, міждисциплінарну співпрацю, екологічну відповідальність та створення позитивного соціального впливу. Це те, чого ми намагалися слідувати й в цьому дослідженні.
Дослідницька група студентів складається з Маурісіо Хуліана Гіменеса, Флоренсії Даніели Флейтас та Марко Антоніо Соси. Керує ними Алехандро Р. Руберто (магістр інженерних наук) і спів-директор Марсело Гомесом.
Зміни числа кривої, які Маурісіо та його команда намагаються обчислити, використовуються для оцінки стоку води з поверхні. Ситуація, описана в попередньому розділі, пов’язана з ЧК, оскільки збільшення цього числа означає вищу швидкість стоку, що збільшує об’єм води, що тече поверхнею, оскільки ерозійні береги з часом стають ширшими та туманнішими через стік дощової води з полів.
Дослідження: Sattech Допоможе Розрахувати Число Кривої
Оскільки ЧК на площі ерозії був чітким індикатором змін у басейнах, команді потрібно було обчислити це число, використовуючи всі доступні інструменти. Однак обчислення прямого стоку в досліджуваній зоні вимагало багато роботи через кілька змінних, таких як тип ґрунту, зміни з часом і додаткові фактори, такі як схил, рослинність і вологість.
Щоб визначити ЧК, було важливо почати з отриманого, підтвердженого та відкаліброваного значення, тому дослідження базувалося на ідеї гідравлічної адекватності, яка відновлює гідрологічну поведінку території. По суті, дослідникам потрібно було вибрати базове значення для початку, а потім визначити, наскільки воно змінилося до відкаліброваного базового значення у 2018 році. Але були й інші параметри, які треба було використати.
Також важливо було знати, яка частка об’єму опадів буде стікати на поверхню та їх розподіл у часі. Поглинений об’єм опадів дозволить їм зрозуміти навколишні умови гідрологічної системи, а саме басейнів, і, отже, як вона відреагує, коли випадають опади.
Це число об’єму показує, скільки води фактично може зберігатися на території, щоб уникнути затоплення, і скільки це змінилося через діяльність людини.
У дослідженні “шорсткість” ґрунту була ключовим параметром для визначення обсягу затриманих опадів. Цей параметр включав змінні, що визначають ЧК:
- Тип і поточний стан зволоженості ґрунту;
- Тип і стан вегетації;
- Практики сільського господарства, лісівництва та тваринництва;
- Наявність елементів, що виконують роль резервуарів, гідроізоляції тощо.
Тип і поточний стан вологості ґрунту та рослинності є змінними, які можна визначити дистанційно за допомогою аналітики супутникових знімків. Щоб вивчити їх, Маурісіо та його команда вирішили взяти участь у програмі EOSDA Academic Outreach. Вони подали заявку на програму у 2023 році й отримали тримісячний доступ до EOSDA LandViewer. За цей час команда дослідників отримала всі дані, необхідні для дослідження.
Методологія: Вегетаційні Індекси Та Класифікація Сільськогосподарських Культур
Команді необхідно було з’ясувати методи використання ґрунту в кожен аналізований період. Вони обрали 50-річний період з 1968 по 2018 рік і потребували деяких історичних даних із супутників, щоб повністю оцінити обрану територію. Зображення з EOSDA LandViewer охоплювали період з 1984 по 2019 рік. Маурісіо та його команда вибрали свою зону інтересу (AOI), яка містить досліджуваний басейн, і платформа автоматично надала зображення, наближені у часі до кожного потрібного періоду.
Слід зазначити, що протягом обраного періоду між 1968 і 2018 роками в регіоні випали сильні опади. Тому деякі супутникові зображення мали певний рівень хмарності, що ускладнювало отримання всіх даних, необхідних для проведення класифікації. На щастя, широкий вибір супутників і час повторного перегляду, доступний на платформі, дозволили знайти потрібні зображення. Дані про кількість опадів було звірено з прогнозом на 10 днів.
Команда використовувала індекси NDVI (нормалізований диференційний вегетаційний індекс) та EVI (удосконалений вегетаційний індекс) як класифікатори рослинного покриву. NDVI є найпопулярнішим індексом, який використовується для визначення рослинності на основі зеленості земного покриву. EVI — це більш специфічний індекс, який використовується для зменшення шуму на супутникових зображеннях і їх корекції, щоб вони точніше відображали рослинний покрив. Нижче ви можете побачити, як NDVI від EOSDA LandViewer співвідноситься з вегетацією, яку можна побачити неозброєним оком, і як дослідники визначили стан рослинності та землекористування.
Дослідники також зосередилися на класифікації типів ґрунтового покриву на території. В AOI, місцевих субтропічних ксерофітних лісах, дерева становили понад 75% рослинності, на додаток до комбінацій деревних і чагарникових форм, листяного листя взимку, а також зменшеного та шкірястого листя (тобто схожого на шкіру). EOSDA LandViewer надав дані з достатньо високою роздільною здатністю для класифікації, а також широкий спектр комбінацій смуг, що дозволило розрізнити оцінюваний тип вегетації. Також було важливо виявити заболочені території та оголені ґрунти (повністю або частково), щоб отримати інформацію про здатність ґрунту утримувати воду.
Основою цього дослідження була неконтрольована класифікація за допомогою EOSDA LandViewer.
Цей тип класифікації означає, що алгоритм автоматично встановлює зони землекористування без навчання моделі ML для конкретної території. Ми використовували інструменти, доступні на платформі у вкладці «Кластеризація», де подібні території або ділянки можна групувати на основі конкретних критеріїв, визначених користувачем.
Однак вони також поєднали дані з контрольованою класифікацією, яка ґрунтувалася на більш детальному дослідницькому аналізі, дозволяючи точніше визначити використання землі. Наприклад, для цієї підкласифікації було корисно знати глибину коренів рослин, оскільки чим глибше вони були, тим суттєвішим був їхній безпосередній вплив на утримання та накопичення води.
Нижче ви можете побачити деякі зображення, зроблені з EOSDA LandViewer, і те, як Маурісіо та його колеги класифікували їх.
На чорно-білому фото архівний аерофотознімок басейну Коронель Моллінедо 1968 року. Це візуальне підтвердження того, як ця територія виглядала на момент початку досліджень. Кольорове зображення показує неконтрольоване класифікаційне зображення Landsat тієї самої території з 1986 року. Це індексна карта, яка правильно класифікує землю та дозволяє бачити будь-які зміни.
Перше зображення показує неконтрольовану класифікацію, виконану EOSDA LandViewer на AOI басейну Коронель Моллінедо з 1994 року. Праворуч ви можете побачити контрольовану класифікацію на зображенні 2018 року, яка охоплює точну AOI. Також є очевидні зміни у землекористуванні, з роками поступово зростають рожеві ділянки.
Класифікація земель дозволила дослідникам побачити чітку кореляцію між зміною індексів рослинності з часом і попередніми знаннями про вирубку лісів і зміну сільськогосподарської практики. Усі дані, описані вище, а також кілька інших параметрів дозволили завершити дослідження.
Результати: Обчислене Число Кривої
Протягом аналізованих років було проведено класифікацію землекористування, нанесено карти рослинного покриву, визначено потенціал стоку та умови просочування води. Потім усі ці параметри були об’єднані в число кривої, яке вказує на будь-які зміни в кривих басейну протягом вибраного періоду часу. Автори також консультувалися з відповідними дослідженнями з цього питання.
EOSDA LandViewer дозволила нам доповнити наше дослідження історичними даними. Вона візуально показала, як змінюється територія внаслідок людської діяльності і що число кривої справді піднялося.
Враховуючи зібрані дані про вологість і насиченість ґрунту, аналіз опадів, а також розмір і топографічні умови басейну річки, дослідники розрахували ЧК:
Наведена вище таблиця чітко показує, що число кривої постійно зростало з часом. ЧК зросло за останні 50 років, що ілюструє зміну ландшафту та руйнування всієї екосистеми, а також соціальної інфраструктури. Збільшення ЧК призводить до постійних повеней на досліджуваній території з гідрологічними явищами тих самих характеристик, що й досліджувані, що становить значні витрати на ремонт для місцевих громад.
Вплив: Що Далі?
Для Маурісіо та його колег це дослідження є маяком надії, який показує, як дії людини можуть призвести до серйозної шкоди ґрунту. Маючи цю фактичну інформацію, тепер громади можуть вжити заходів, щоб зупинити та повернути назад процес ерозії.
Втрати, спричинені як сільськогосподарським виробництвом, так і будівельними роботами, зараз обчислюються мільйонами доларів, і всі вони сприяють гідравлічним проблемам регіону. Хоча сільське господарство та вирубка лісів відіграють важливу роль у зміні практики управління водними ресурсами, ці галузі також страждають від негативних наслідків таких земельних практик.
Маурісіо та його команда продовжують свої дослідження з аналогічним аналізом басейнів у Бразилії та Парагваї зі змінами у землекористуванні. Їхня мета полягає в тому, щоб проаналізувати, чи розташовані там відповідні водопропускні труби зі структурними розмірами для аналогічних сильних опадів і сценаріїв повеней. Цей аналіз може допомогти владі та відповідним місцевим органам визначити, чи зможуть вони змінити майбутні конструкції водопропускних труб і мостів, щоб адаптувати їх до швидких змін.
Дослідження Маурісіо та цієї команди можна вільно використовувати, тому кожен, хто бажає створити подібний проект або використати їхні висновки, може це зробити. Такі вчені, як Маурісіо та його команда, дають надію місцевим громадам на те, що пізніше вони зможуть використати докази змін ЧК і діяти на основі висновків, щоб зупинити та повернути назад ерозію та запобігти їй у майбутньому. Затоплення території стане менш серйозним, постраждає менше людей, підприємств і місцевих спільнот.
Про автора:
Ксенія Кунах має понад 6 років досвіду написання текстів, працюючи в різних сферах, включаючи бізнес, освіту та медіа-тексти. Попередній досвід Ксенії як менеджерки з розвитку в українській еко-НУО та менеджерки з підбору персоналу в ІТ-компанії робить її ідеальним поєднанням людини, яка захоплюється еко-технологічними інноваціями та вміє легко про них розповідати.
Oстанні статті
Нор-Ест Агро Визначає Продуктивність Через Супутники
Українська Нор-Ест Агро використовує вегетаційні індекси та погодну аналітику в EOSDA Crop Monitoring для визначення ефективності комплексних рішень на полях партнерів.
Пероноспороз: Як Розпізнати, Запобігти Та Боротися
Пероноспороз — агресивна хвороба, що загрожує врожаям. Вчасне виявлення і продумана профілактика допоможуть зберегти посіви та підвищити економічну стабільність агробізнесу.
Фузаріоз: Як Запобігти Та Контролювати Поширення
Спори фузаріозу можуть зберігатися в ґрунті й заражати культури, що робить його постійною проблемою в сільському господарстві. Захистіть ваші посіви, дізнавшись про методи боротьби з патогеном.