PWSZ w Tarnowie, GIS w ochronie środowiska, II rok, kierunek Ochrona Środowiska LABORATORIUM NR 7-8, Lokalizacja składowiska odpadów Pongau (Austria)

Transkrypt

1 PWSZ w Tarnowie, GIS w ochronie środowiska, II rok, kierunek Ochrona Środowiska LABORATORIUM NR 7-8, Lokalizacja składowiska odpadów Pongau (Austria) Decyzje lokalizacyjne: Do celów np. lokalizacyjnych rozwinięto procedurę DSS Decision Support System (System Wspomagania Decyzji; należy do tzw. modeli wskaźnikowych). W procesie MCDM (Multicriteria Decision Making lub Multi-Criteria Evaluation) ocenia się wagę wprowadzanych czynników (eksperckie opinie uczestników). Decyzja to wybór spośród kilku alternatyw, którego dokonujemy w procesie decyzyjnym. Alternatywy tworzy się w oparciu o specjalne kryteria. Kryterium jest podstawą, bazą do decyzji, którą można zmierzyć i sprawdzić. Jeśli problemem decyzyjnym jest budowa wysypiska, można przyjąć wiele kryteriów lokalizacyjnych, takich jak np. rzeźba terenu, geologia, zabudowa mieszkaniowa itd. Kryteria dzieli się na czynniki i ograniczenia. Czynniki (factors) podnoszą lub obniżają możliwość wykorzystania jakiejś alternatywy do konkretnych założonych działań (określa się je ciągłą skalą, np. wysokość n.p.m.). Ograniczenia (constraints) służą do wyłączenia jakiejś alternatywy pod określonymi warunkami (wyrażane są najczęściej zerojedynkowymi wartościami boolowskimi, np. wyłączyć należy tereny parków narodowych lub rezerwatów) W celu otrzymania mapy przydatności do wprowadzenia konkretnej inwestycji stosuje się procedurę łączenia map czynników z mapami ograniczeń. Mapa ta pokazuje zróżnicowany stopień przydatności terenu dla określonych celów. Proces decyzyjny nie wybiega liniowo w przyszłość, lecz jest procesem cyklicznym. Pętle decyzyjne można powtarzać, gdy np. brak dobrego rozwiązania, albo decydent z biegiem czasu ma coraz większą wiedze na dany temat. Stosując GIS w DSS można powtarzać tą samą analizę zmieniając warunki wejściowe: czynniki, ograniczenia, progi graniczne i wagi. W ten sposób uzyskujemy szybki dostęp do rezultatów bez fatalnego skutku naszych błędnych decyzji dla środowiska. Lokalizacja składowiska odpadów Pierwszą decyzją, jaką należy podjąć w procesie decyzyjnym prowadzącym do określenia najlepszej lokalizacji składowiska jest wybór kryteriów, które należy uwzględnić. Stawiamy pytanie: Ogólnie jakie kryteria są ważne ze względu na cel jaki chcemy osiągnąć? Należy pamiętać, że w przypadku budowy składowiska odpadów pojawiają się liczne konflikty interesów w odniesieniu do użytkowania terenu:

2 Przypadek, który będziemy rozpatrywać dotyczy dystryktu Pongau w rejonie Salzburga w Austrii. Jest to teren wysokogórski ze szczytami sięgającymi 3000 m n.p.m. oraz koncentracją zabudowy i komunikacji w U-kształtnych dolinach rzek Salzach i Enns. Dane: Skopiuj z serwera na pulpit komputera folder z danymi Nr 7-8 Lokalizacja składowiska Pongau > w oknie Katalog aplikacji Arc Map podłącz ten folder i otwórz go > rozwiń geobazę Pongau.gdb - Jakie zawiera elementy? > W oknie aplikacji przeglądnij warstwy i spróbuj określić dlaczego należy zastosować określone kryteria: ograniczenia i czynniki...? Ograniczenia (constraints), jakie należy zastosować i dlaczego? Wysokość (dtm - alti): Ze względów ekologicznych i trudności w dostępie składowisko nie powinno być lokalizowane powyżej 1200 m n.p.m. należy ograniczyć tereny powyżej 1200 m. Geologia (geology - geol): Karst kras (wapień skrasowiały) Ze względu na łatwe przenikanie trujących odcieków składowisko nie może być budowane na skałach krasowych (wapienie skrasowiałe) należy wyeliminować obszary Karst. Zasoby wodne (h2o): Obszary jakie należy chronić ze względu na zasoby wody pitnej. Lasy (forest): Obszary, na których lasy charakteryzują się wysokimi walorami rekreacyjnymi, zdrowotnymi i ochronnymi - należy ograniczyć obszary Class 3. Parki narodowe i obszary chronionego krajobrazu (parks): Ze względów prawnych budowa składowiska na obszarach chronionych byłaby nielegalna należy ograniczyć obszary Nature Parks, Landscape preserves. Obszary narażone na niebezpieczeństwo (danger, flood): W Austrii obszary narażone na niebezpieczeństwo naturalnych zagrożeń takich jak lawiny, osuwiska, czy powodzie są oznaczone na żółto (średnie ryzyko medium risk) albo na czerwono (wysokie ryzyko high risk) należy ograniczyć obszary red zone. Ponadto eksperci uważają, że obszary zagrożone powodzią raz na 30 lat nie nadają się do lokalizacji składowisk odpadów należy ograniczyć obszary endangered. Obszary w odległości 100 metrów od granic zabudowy (village): Te obszary powinny być wyłączone ze względów społecznych nikt nie chce mieć składowiska za domem! należy ograniczyć obszary zabudowane i do 100 metrów od nich.

3 Czynniki (factors), które należy zastosować i dlaczego? Geologia (geology): Główne rodzaje skał na obszarze Pongau: Phyllite fylit (łupek metamorficzny), Clay glina, Gneiss gnejs (granit zmetamorfizowany), Karst kras (wapień skrasowiały), Carbonate węglanowe, np. margiel, Quarzite kwarcyt (piaskowiec zmetamorfizowany). Każdy rodzaj ma specyficzne własności hydrologiczne. Nie wszystkie nadają się do lokalizacji składowiska poniżej skala przydatności (od najmniej do najbardziej): kras węglanowe gnejs glina Stopień nachylenia terenu (slope gradient): Dla lokalizacji składowiska nachylenie terenu jest czynnikiem niekorzystnym. Większe nachylenia powodują wzrost kosztów budowy i przyczyniają się niekorzystnego oddziaływania erozji zarówno w trakcie budowy, jak i eksploatacji. Wysokość (Altitude): W tym alpejskim rejonie duże wysokości mają różne ujemne strony takie, jak: długi czas trwania pokrywy śnieżnej, ograniczony dostęp, negatywny wpływ na turystykę, szybkie przemieszczanie się toksycznych substancji w przypadku awarii lub to, że trudniej jest prowadzić rekultywację. Odległość od terenów zamieszkanych (village): Gdy planujesz budowę składowiska będziesz skonfrontowany z ludźmi, którzy chętnie będą je widzieć w sąsiedniej miejscowości, ale absolutnie nie w pobliżu swoich domów. Nikt nie chce mieć składowiska w sąsiedztwie, dlatego już wcześniej jako ograniczenie wyłączone zostały tereny odległe od obszaru zamieszkałego do 100 m. Teraz należy uwzględnić fakt, że zdecydowanie lepiej jest mieszkać w odległości 500 metrów od składowiska niż w odległości 200 metrów!

4 Zmapuj na serwerze folder Wyniki laboratoriów, aby przygotować go do zapisu > Przed rozpoczęciem tworzenia map skopiuj geobazę Pongau.gdb do swojego folderu na serwerze i zmień jej nazwę na Pongau_robocza.gdb > Uczyń Geobazę Jako Domyślną Praktyczne czynności w aplikacji GIS do rozwiązania niniejszego studium przypadku przydatności terenu pod lokalizację wysypisk będą wymagały wykonania następujących czynności: 1. Utworzenie map ograniczeń (constraints) 3. Utworzenie map czynników (factors) Mapy ograniczeń C_geolog, C_alti, C_h2o, C_park, C_forest, C_danger, C_flood, C_village. Mapy czynników F_geolog, F_slope, F_alti, F_village. 2. Połączenie ograniczeń w jednej mapie wyjściowej 4. Połączenie czynników w jednej mapie wyjściowej 5. Połączenie kryteriów w jednej mapie decyzyjnej Graficzna prezentacja toku czynności Wybór lokalizacji składowiska 1. Utworzenie map ograniczeń (tutaj wzór tabela do wypełnienia osobno): Raster wejściowy - wyjściowy Narzędzie Ograniczenia (lub inne warunki) Mapa ograniczeń: Raster wyjściowy (C_...) danger 1. C_danger_Recl dtm - alti 2. flood 3. forest 4. geology - geolog 5. h2o 6. park Reklasyfikacja 2 zamieszkane NoData pozostałe (vill_recl) village 2.Odległość. euklidesowa. (vill_eucdist) 3. Reklasyfikacja 0 zamieszkane 1 pozostałe 8. C_vill_Recl_EucD UWAGA: Po wprowadzeniu pierwszego Zestawu Danych Rastrowych (np. danger) z geobazy do okna aplikacji zapisz dokument mapy w swoim folderze na serwerze: nazwa np. Pongau_mapa_robocza.mxd Mapy ograniczeń winny być wyrażone w wartościach algebry Boole a tj. 0 dla terenów nieprzydatnych i 1 dla terenów przydatnych do lokalizacji składowiska odpadów.

5 Narzędzie, przy pomocy którego uzyskasz odpowiednie mapy ograniczeń to: Reklasyfikacja w skrzynce narzędziowej Spatial Analyst >. Przykładowo dla warstwy danger Otwórz Tabelę Atrybutów > jaką wartość mają obszary wysokiego ryzyka? > przeprowadź reklasyfikację tak, jak to sugeruje wygląd okna > Nazwa rastra wyjściowego: C_danger_Recl > Wykonaj inne mapy ograniczeń uzupełniając tabelę na kartce; w Tabeli Zawartości okna aplikacji układaj warstwy kolejno do góry lub na dół! Uwagi do postępowania w przypadku ostatniej warstwy ograniczeń: village. Zasady tworzenia bufora (odległości euklidesowej) w rastrze: - algorytm obliczania odległości euklidesowej - działanie narzędzia odległość euklidesowa - przed obliczeniem odległości euklidesowej należy przygotować raster wejściowy village, w którym piksele residential areas mają przyjąć dowolną wartość większą od zera, natomiast piksele non-residential areas mają mieć wartość NoData : nazwa rastra: vill_recl - narzędzie do obliczenia odległości euklidesowej: Spatial Analyst > Odległość > Odległość euklidesowa (UWAGA; nie wprowadzasz Odległości Maksymalnej); nazwa rastra prezentującego odległości euklidesowe dla wszystkich pikseli: vill_eucdist - teraz zreklasyfikuj raster vill_eucdist w wartościach zerojedynkowych, gdzie wartość 0 tereny zamieszkane wraz z buforem 100 metrów od nich; wartość pozostałe tereny > wstępnie przeprowadź klasyfikację manualną w dwóch klasach (0-100 i >100 m przycisk Klasyfikuj po prawej od tabeli w oknie Reklasyfikacja), > następnie reklasyfikację 0-1; nazwa mapy ograniczeń: C_vill_Recl_EucD 2. Połączenie ograniczeń w jednej mapie wyjściowej ograniczeń Do połączenia kryteriów w jednej mapie decyzyjnej potrzebować będziesz mapy, która zestawi zerojedynkowo wszystkie stworzone powyżej mapy ograniczeń. Zastosujesz narzędzie Spatial Analyst > Algebra Mapy > Kalkulator Rastrów: Pomnóż przez siebie wszystkie mapy ograniczeń (constraints) C_... > mapie wyjściowej nadaj nazwę: C_End_AlgMap_mnoż. > Co przedstawia utworzona mapa?

6 3. Utworzenie map czynników W jakich jednostkach określone zostały mapy czynników: geologia [..], nachylenie terenu [.], wysokość [ ] i odległość od zabudowy [ ]? Połączenie map czynników w jednej mapie wyjściowej (patrz tok czynności) będzie możliwe dopiero po wystandaryzowaniu jednostek każdej z map czynników. Standaryzacja jednostek polega na przypisaniu każdej z map zakresu, zgodnego z innymi, wyrażonego w liczbach całkowitych. Dodatkowo należy tak ułożyć te jednostki, by wyższe ich wartości odpowiadały terenom bardziej przydatnym do lokalizacji składowiska. W tej analizie przypadku będziemy standaryzowali wszystkie mapy do zakresu 0-5 (mapa nie musi mieć wszystkich wartości z tego zakresu). Przy standaryzacji zasięgniemy opinii ekspertów w odpowiednich dziedzinach. Geologia (geology): Przy tworzeniu mapy ograniczeń wyłączone zostały już tereny krasowe (Karst w warstwie C_geolog). Pozostałe tereny nie nadają się jednak w równym stopniu do lokalizacji składowiska sprawdź, ich stopień ich przydatności w opisie czynników (powyżej)? > Przeprowadź ponownie reklasyfikację warstwy geology używając poniższej tablicy: Rodzaj skały Value Przydatność Karst (wapień krasowy) 3 0 Carbonate (węglanowe) 4 1 Gneiss (gnejs) 2 3 Clay (glina) 1 5 Nazwa wynikowej warstwy: F_geol_Recl_Przydat Mapę czynników dla nachylenia terenu (slope)utworzysz w dwóch etapach > Pierwszy krok: Mapa nachyleń utworzona z modelu elewacji terenu dtm: ArcToolbox > 3D Analyst > Powierzchnia Rastrowa > Spadki: Ustawienia w oknie Spadki: Raster wejściowy dtm; Raster wynikowy dtm_slope; Pomiar wynikowy DEGREE (sprawdź jakie inne jednostki są do dyspozycji?) > OK > następnie przeprowadź symbolizację warstwy - w oknie Właściwości Warstwy Tematyczne > Symbolizacja: okno Pokaż Sklasyfikowany; klik przycisk Klasyfikuj ; w 4 klasach, metoda manualna, z wykorzystaniem danych z tabeli przydatności wyrażonej dla różnych jednostek, jaka znajduje się na następnej stronie (porusz poniższy zrzut ekranowy): > OK

7 Drugi krok: reklasyfikacja utworzonej mapy dtm_slope, podczas której przypiszesz pikselom wartości przydatności zgodnie z zasadą, że tereny o najmniejszej pochyłości nadają się najlepiej do wybudowania składowiska. Zastosuj przy reklasyfikacji poniższą tabelę: Pamiętaj, że nachylenie 45 O odpowiada nachyleniu 100%. Nazwa wynikowej warstwy: F_dtm_Slope_Recl_Przydat Wysokość (altitude): Przy tworzeniu mapy ograniczeń wyłączone zostały już tereny powyżej 1200 metrów (warstwa C_alti). Pozostałe tereny nie są jednak równie użyteczne przy lokalizacji składowiska. Eksperci uważają, że tereny pomiędzy 1000 i 1200 m n.p.m. powinny otrzymać wartość 3 natomiast tereny niższe niż 1000 m wartość najwyższą tj. 5 > Zgodnie z tym przeprowadź reklasyfikację warstwy dtm. Nazwa wynikowej warstwy: F_alti_Recl_Przydat Odległość do terenów zamieszkałych (village): Przy tworzeniu mapy ograniczeń wyłączyłeś tereny, które znajdują się bliżej niż 100 m od zabudowy. Zgodnie z tym, co zostało podkreślone w opisie czynników należy przypisać różne przydatności terenom o różnym oddaleniu od zabudowy. Skorzystasz z utworzonej już mapy buforów (odległości euklidesowych) wokół zabudowy pod nazwą vill_eucdist > przeprowadź klasyfikację rastra: Symbolizacja > Sklasyfikowany > Klasy 6 > przycisk Klasyfikuj; ustawienia Metoda: Manualnie; okienko Wartości graniczne - według poniższej tabeli (UWAGA!): Nazwa wynikowej warstwy: vill_eucdist6 (szóstka oznaczą liczbę klas) > Ten raster zreklasyfikuj teraz do standardowych wartości przydatności od 0 do 5. Nazwa rastra: F_vill_EucDist6_Przydat 4. Połączenie czynników w jednej mapie wyjściowej czynników Podobnie jak w przypadku map ograniczeń musisz teraz połączyć mapy czynników w jedną mapę wyjściową. Zsumujesz mapy, ale zastosujesz przy tym wagi określające jaki jest wpływ każdej z warstw według opinii ekspertów czy zgadzasz się z nimi? Wykorzystaj do tego tabelę wag jak obok: Nachylenie Nachylenie [stopnie] [%] Przydatność >24 O 14 45% lub wyższe 2 24 O 14 30% to 45% 3 16 O 42 15% to 30% 4 < 8 O 32 niższe 15% 5 Odległość Przydatność <100m 0 100m < 200m 1 200m < 300m 2 300m < 400m 3 400m < 500m 4 500m i więcej 5 Czynnik Waga Geology 0.3 Altitude 0.1 Distance to residents (Village) 0.5 Slope 0.1

8 Zastosujesz narzędzie Spatial Analyst > Algebra Mapy > Kalkulator Rastrów: Zsumuj wszystkie mapy ograniczeń (factors) F_... najpierw mnożąc każdą z nich przez odpowiednie wagi, jak niżej: (geology x 0,3) + (altitude x 0,1) + (village x 0,5) + (dtm_slope x 0,1) Nazwa rastra wyjściowego: F_AlgMap_sumZwag. Raster po zsumowaniu przyjął wartości pikseli w skali ciągłej od 1 do 5. Do połączenia czynników i ograniczeń będziesz potrzebował jednak standardowych wartości przydatności wyrażonych liczbami całkowitymi 0-5 dlatego przeprowadź reklasyfikację manualną niniejszego rastra dla 6 klas, np. jak na poniższym przykładzie (przy reklasyfikacji raster F_AlgMap_sumZwag można sklasyfikować w różny sposób): nazwa rastra wynikowego: F_End_AlgMap_sum 5. Połączenie kryteriów w jednej mapie decyzyjnej mapie przydatności Ostatnim etapem procedury decyzyjnej wyboru miejsc pod lokalizację składowiska odpadów jest połączenie map kryteriów (ograniczeń i czynników), co doprowadzi do wyłonienia poszukiwanych terenów. Zostanie do tego użyte mnożenie poszczególnych pikseli z obu map przez siebie. Stosowana tutaj procedura nazywa się w GIS - ważona kombinacja liniowa (Weighted Linear Combination) mapa sumy ważonych czynników mnożona jest przez mapę ograniczeń Zastosuj narzędzie Spatial Analyst > Algebra Mapy > Kalkulator Rastrów: Pomnóż przez siebie mapę ograniczeń C_End_AlgMap_mnoż przez mapę czynników F_End_AlgMap_sum > raster wynikowy nazwij: End_C_Mnoż_F (skala barw: Spectrum - Full Bright) Zakładamy, że składowisko zostanie zlokalizowane tylko na wybranym z najbardziej korzystnych terenów (5). Mapę przydatności (End_C_Mnoż_F ) trzeba na koniec jeszcze zreklasyfikować stosując boole owskie wartości; obszary brane pod uwagę do budowy składowiska otrzymają wartość 1, pozostałe natomiast 0 nazwa mapy: tereny_pod_składowisko. Pamiętaj o zapisaniu dokumentu mapy > wyczyść widok w oknie aplikacji. [Źródło: EnviroGIS, case studies, 1998,Uniwersytet Jagielloński Poland, Manchester Metropolitan University UK, P-L-U of Salzburg Austria, Kraków Manchester - Salzburg]