Αποτύπωση παράκτιου κρημνού σε περιοχή οικολογικού ενδιαφέροντος με χρήση επίγειου σαρωτή

Transcript

1 Αποτύπωση παράκτιου κρημνού σε περιοχή οικολογικού ενδιαφέροντος με χρήση επίγειου σαρωτή Πανάγου, Θ. 1, Οικονόμου, Ε. 2, Χασιώτης, Θ 1. και Δημητριάδης, Χ. 3 1 Τμήμα Επιστημών της Θάλασσας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, t.panagou@marine.aegean.gr, hasiotis@marine.aegean.gr 2 Τμήμα Πολιτικών Μηχ.ΤΕ και Μηχ. Τοπογραφίας & Γεωπληροφορικής ΤΕ, T.E.I. Αθήνας, eoikonomou@teiath.gr 3 Φορέας Διαχείρισης Εθνικού Θαλάσσιου Πάρκου Ζακύνθου, xdimitriadis@marine.aegean.gr Περίληψη Ο επίγειος σαρωτής αποτελεί ένα σύγχρονο όργανο τοπογραφικής αποτύπωσης που μπορεί να παρακολουθήσει με ακρίβεια τη χωρική και χρονική εξέλιξη των γεωμορφολογικών διεργασιών της παράκτιας ζώνης. Το σύστημα αυτό επιλέχθηκε για τη μελέτη του παράκτιου κρημνού στην παραλία του Γέρακα (Ζάκυνθος) που συνίσταται από τους ιδιαίτερα λεπτόκοκκης σύστασης γεωμορφολογικούς σχηματισμούς (γλίνες), οι οποίοι εμφανίζουν σημάδια έντονης διάβρωσης. Η λεπτομερής αποτύπωση των μορφολογικών-γεωμετρικών χαρακτηριστικών του κρημνού αποτελούν τη βάση σύγκρισης για μελλοντικές συστηματικές μελέτες, με τις οποίες θα υπολογιστεί ο μέσος ρυθμός διάβρωσης του σχηματισμού, ο όγκος των ιζημάτων που θα μετακινηθούν και οι πιθανές μεταβολές που θα επέλθουν στο ευαίσθητο οικοσύστημα της παραλίας. Λέξεις κλειδιά: παράκτια γεωμορφολογία, επίγειος σαρωτής, διάβρωση κρημνού, παραλία Γέρακα Coastal cliff mapping by terrestrial laser scanner in an area of ecological importance Panagou, T. 1, Oikonomou, E. 2, Hasiotis, T. 1 and Dimitriadis Ch. 3 1 Department of Marine Sciences, University of Aegean, t.panagou@marine.aegean.gr, hasiotis@marine.aegean.gr 2 Department of Civil Engineering and Surveying & Geoinformation, T.E.I. of Athens, eoikonomou@teiath.gr 3 Management Agency of the National Marine Park of Zakynthos, xdimitriadis@marine.aegean.gr Abstract The terrestrial laser scanner is a modern surveying instrument, capable of monitoring with accuracy both the spatial and temporal geomorphological evolution processes along the coastal zone. This system was used for the study of the coastal cliff at Gerakas beach (Zakynthos island), which consists of fine-grained clastic sedimentary layers and shows significant evidence of erosion. The detailed mapping of the morphological-geometrical characteristics of the cliff could be the base for future comparative studies of the mean coastal cliff erosion rate, the calculation of removed sediment volume and the possible effects on the sensitive beach ecosystems. Keywords: coastal geomorphology, terrestrial laser scanner, cliff erosion, Gerakas beach 1. Εισαγωγή Η περιγραφή, γενικά, της οπισθοχώρησης των παράκτιων κρημνών βασίζεται σε αναπτυγμένα υπολογιστικά μοντέλα, τα οποία απαιτούν μεγάλο αριθμό δεδομένων που μόνο τεχνικές τηλεανίχνευσης ή συστήματα όπως ο επίγειος σαρωτής (TLS - Terrestrial Laser Scanner) μπορούν να παράσχουν (Walkden & Hall, 2005). Οι επαναλαμβανόμενες σαρώσεις βοηθούν στην αποτίμηση της επιρροής των φυσικών διεργασιών (π.χ. μορφοτεκτονικής) στη διεργασία της οπισθοχώρησης ενός κρημνού, αλλά και των διαχειριστικών μέτρων που μπορούν να ληφθούν (πχ Hobbs, 2010, Dewez et al., 1

2 2013, Panagou and Oikonomou, 2014). Ο επίγειος σαρωτής συλλέγει μεγάλο αριθμό δεδομένων σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα, γεγονός που επιτρέπει την επανάληψη και σύγκριση των μετρήσεων και συνεπώς την εύκολη κατανόηση της μηχανικής των δυναμικών φαινομένων και τη βελτίωση των μοντέλων πρόγνωσης μελλοντικών μεταβολών (Collins, 2008). Λόγω της υψηλής ακρίβειας των μετρήσεων, του μικρότερου κόστους και όντας τεχνικά μια ευκολότερη μέθοδος, η αποτύπωση με το συγκεκριμένο σύστημα υπερέχει της αντίστοιχης φωτογραμμετρικής. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής στους γεωμορφολογικούς σχηματισμούς (γλίνες) στο ΝΑ τμήμα της παραλίας Γέρακα του κόλπου Λαγανά στη Ζάκυνθο (Εικ. 1α,β), μιας περιοχής ιδιαίτερου οικολογικού ενδιαφέροντος, αφού αποτελεί περιβάλλον ωοτοκίας της χελώνας Caretta-caretta. Οι σχηματισμοί αυτοί διαμορφώνουν μικρού υψομέτρου απότοµους γκρεμούς που αποτελούνται από Πλειστοκαινικές αποθέσεις (µάργες, άργιλοι, άµµοι, κροκαλοπαγή) µε κύριο χαρακτηριστικό την αυξημένη ποσότητα λεπτόκοκκου υλικού (Triantaphyllou et al., 1997). Σε συγκεκριμένη θέση κατά μήκος των σχηματισμών αυτών παρουσιάζονται εµφανή σημεία διάβρωσης µε αποτέλεσµα τη δημιουργία χαρακτηριστικού τοπογραφικού κοιλώµατος κατά μήκος του οποίου απουσιάζει η βλάστηση. Αποτέλεσμα της διαρκούς διάβρωσης που προκαλείται είτε από τις βροχοπτώσεις, είτε λόγω µικροκατολισθητικών φαινοµένων, είτε λόγω της κυματικής ενέργειας είναι η τροφοδοσία του παρακείμενου θαλάσσιου χώρου µε σημαντικές ποσότητες λεπτόκοκκων υλικών. (α) (β) (γ) Εικ. 1 (α) Η παραλία Γέρακα στο κόλπο Λαγανά Ζακύνθου, (β) πανοραμική άποψη της εξωτερικής πλευράς της γλίνας και (γ) ο επίγειος σαρωτής κατά το στάδιο μετρήσεων στο πεδίο. 2. Μεθοδολογία Αρχικά, πραγματοποιήθηκε αναγνώριση της περιοχής και ίδρυση τοπογραφικού δικτύου στην παραλία, το οποίο εξαρτήθηκε με τη RTK (Real Time Kinematic) μέθοδο και εντάθηκε στο εθνικό σύστημα συντεταγμένων ΕΓΣΑ 87. Ο επίγειος σαρωτής (τύπου Leica Scanstation 2) (Εικ. 1γ) τοποθετήθηκε αρχικά στη δυτική πλευρά του κρημνού, ενώ γύρω από αυτόν τοποθετήθηκαν ειδικοί στόχοι (σφαίρες). Μετά την αρχική διαδικασία της αυτοβαθμονόμησης ξεκίνησε η σάρωση του κρημνού από τη βάση έως τη κορυφή του, ενώ ταυτόχρονα η ψηφιακή κάμερα του σαρωτή φωτογράφιζε πανοραμικά την περιοχή γύρω από το όργανο. Με τον τρόπο αυτό επιλέγεται το οπτικό πεδίο σάρωσης (Field Of View) που θα αποτυπωθεί, ενώ δημιουργείται φωτομωσαϊκό, το οποίο μπορεί να χρωματίσει το σύννεφο των αποτυπωμένων σημείων. Οι ειδικοί στόχοι μετρήθηκαν με χρήση γεωδαιτικού σταθμού, ώστε να γίνει η γεωαναφορά τους και εν συνεχεία εκείνη των σύννεφων σημείων (point clouds) του επίγειου σαρωτή. Η ίδια διαδικασία εφαρμόστηκε και για την αποτύπωση της ανατολικής πλευράς της γλίνας, η οποία πραγματοποιήθηκε με την τοποθέτηση του σαρωτή πάνω σε ύφαλο, σε απόσταση περίπου 60 m από τον κρημνό, αφού δεν υπήρχε διαθέσιμος χώρος παραλίας στη βάση του. Οι ενέργειες αυτές επαναλήφθηκαν κατά μήκος του κρημνού ώστε να υπάρχει πλήρης κάλυψη και να ελαχιστοποιηθούν οι περιοχές που δεν είναι ορατές από το όργανο (σκιές). 2

3 Η ανάλυση (resolution) της σάρωσης επιλέχθηκε να είναι 2 x 2cm. Σε συγκεκριμένα τμήματα του μετώπου του κρημνού επιλέχθηκε η υψηλότερη δυνατή ανάλυση που μπορεί να επιτύχει ο συγκεκριμένος τύπος οργάνου (1 x 1mm). Κατά την επεξεργασία των δεδομένων έλαβε χώρα φιλτράρισμα και αφαίρεση των ανεπιθύμητων αντικειμένων ή λανθασμένων μετρήσεων. Τα εξαγόμενα αρχεία του σαρωτή δίνουν την τρισδιάστατη (3-D) θέση των στόχων και την ένταση της ανακλώμενης ακτινοβολίας. Μετά την γεωαναφορά των δεδομένων πραγματοποιήθηκε η εισαγωγή/απόδοση τους σε περιβάλλον CAD, όπου εκτός από την οπτικοποίηση τους και τη διεξαγωγή άμεσων μετρήσεων (αποστάσεων, γωνιών, εμβαδών, όγκων), μπορεί να δημιουργηθεί το τρισδιάστατο ψηφιακό ανάγλυφο του μετώπου του κρημνού (Vertical Digital Terrain Models VDTM) και εν συνεχεία μηκοτομές (cliff profiles) σε σημεία ενδιαφέροντος. 3. Αποτελέσματα - Συζήτηση Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα από την επεξεργασία των δεδομένων της σάρωσης που πραγματοποιήθηκε στον κρημνό της παραλίας του Γέρακα παρουσιάζονται στην εικόνα 2. (α) (β) (γ) (δ) Εικ. 2 (α) Η εσωτερική (δυτική) πλευρά της γλίνας και (β) η αποτύπωση της από τον επίγειο σαρωτή. (γ και δ) Αποτύπωση της εξωτερικής (ανατολικής) πλευράς της γλίνας από διαφορετικές γωνίες. Στην Εικόνα 3α παρατηρούμε το προφίλ του κρημνού, όπως προέκυψε σε μια ενδεικτική θέση στο κέντρο του, μετά από τη δημιουργία του ψηφιακού μοντέλου εδάφους. Το πλάτος της παραλίας μπροστά από τον κρημνό είναι ~2.5 m και η κλίση της ~26%. Ο κρημνός έχει κλίση ~50% για περίπου 19 m, ενώ στη συνέχεια το ανάγλυφο γίνεται ομαλότερο και η μέση κλίση έως την κορυφή του είναι ~26%. Η εικόνα 3β απεικονίζει τα σημεία που αποτυπώνονται (Point Clouds) στο χώρο του μοντέλου (modelspace). Κάθε σημείο έχει συντεταγμένες (Χ,Υ,Ζ,Ι), όπου ΧΥΖ οι συντεταγμένες του σημείου και Ι η ένταση της ανακλώμενης ακτίνας. Από την καταγραφή των διαφοροποιήσεων της έντασης της ανακλώμενης ακτίνας (μεταβολή των χρωμάτων των σημείων) είναι δυνατός ο εντοπισμός της ακτογραμμής (κίτρινο χρώμα - Εικόνα 3β), αφού έχει αποδειχθεί ότι τα στεγνά σημεία δίνουν διαφορετική ανάκλαση από τα υγρά σημεία. Η επιλογή της αποτύπωσης του κρημνού από τη βάση του βοήθησε στην αποφυγή προβλημάτων που αφορούν σε ασάφειες προσδιορισμού των άκρων του καθώς και της βλάστησης κατά μήκος του. 3

4 (α) (β) Εικ. 3 (α) Ενδεικτικό προφίλ του κρημνού και μετρήσεις κατά μήκος του. (β) Άμεσες μετρήσεις στο χώρο του δημιουργούμενου μοντέλου και εντοπισμός της ακτογραμμής από διαφοροποιήσεις στην ανάκλαση της έντασης της ακτίνας laser. Η αναλυτική απεικόνιση του παράκτιου κρημνού του Γέρακα θα αποτελέσει τη βάση σύγκρισης μελλοντικών σαρώσεων, οι οποίες αναμένεται να αποτυπώσουν λεπτομερώς ακόμη και μικρομεταβολές στα χαρακτηριστικά του κρημνού. Η γεωαναφερμένη επίθεση διαδοχικών μετρήσεωνσαρώσεων θα βοηθήσει στον προσδιορισμό (α) διαφορών στα προφίλ του κρημνού μέσω μηκοτομών (cliff profiles), (β) του ρυθμού διάβρωσης του κρημνού, (γ) του όγκου του διαβρωθέντος υλικού τόσο στο κρημνό (rockfalls) όσο και στη μετακίνηση χαλαρών ιζημάτων στην παραλία και (δ) του ρυθμού οπισθοχώρησης της ακτογραμμής. 4. Συμπεράσματα Η παρούσα εργασία αποδεικνύει τις δυνατότητες του επίγειου σαρωτή στη λεπτομερή τρισδιάστατη τοπογραφική αποτύπωση για παράκτιες γεωμορφολογικές μελέτες. Η συνεχής παρακολούθηση του κρημνού στην παραλία του Γέρακα και η ποσοτικοποίηση των δεδομένων, μπορούν να βοηθήσουν σε βελτιωμένες προγνώσεις της οπισθοχώρησης του αλλά και στην κατανόηση των διεργασιών στο παράκτιο περιβάλλον (Panagou and Oikonomou, 2014). Με δεδομένο ότι η συγκεκριμένη παραλία είναι ιδιαίτερης τουριστικής και οικολογικής σημασίας λόγω της ωοτοκίας της θαλάσσιας χελώνας Carettacaretta, η παραπάνω προσέγγιση θα συνεισφέρει στην αποτίμηση των περιβαλλοντικών αλλαγών και επιπτώσεων που θα επιφέρει η σταδιακή και σε βάθος χρόνου αποικοδόμηση του παράκτιου κρημνού. 5. Βιβλιογραφία Collins, B. D. and Sitar, N Processes of coastal bluff erosion in weakly lithified sands, Pacifica, California, USA. Geomorphology, 97(3-4), Dewez, T.J.B., Rohmer, J., Regard, V., and Cnudde, C., Probabilistic coastal cliff collapse hazard from repeated terrestrial laser surveys: case study from Mesnil Val (Normandy, northern France). Journal of Coastal Research, Special Issue No. 65, Hobbs, P Monitoring coastal change using terrestrial LIDAR. Elevetation Models for Geoscience. London, The Geological Society of London. Panagou, T. and Oikonomou, E Applications of terrestrial laser scanning in coastal engineering. In: 1st International GEOMAPPLICA Conference, Triantaphyllou, M., Drinia, H. and Dermitzakis, M., (1997). The Plio-Pleistocene boundary in the Gerakas section, Zakynthos (Ionian Islands) Biostratigraphical and paleoecological observations. N. Jb. Geol. Palaont. Mh.,

5 Walkden, M.J., and Hall, J.W A predictive mesoscale model of the erosion and profile development of soft rock shores. Coastal Engineering, 52,