Χρήση Γεωγραφικού Συστήματος Πληροφοριών για Χάρτες Χωρικής Πληροφορiας με Εμφαση στο Λεκανοπέδιο της Αθήνας

Usage of Geographical lnformation System for Spatial Analysis Maps with Emphasis to Athens

ΑΝΤΩΝΙΟΥ, Α.Α.

ΜΑΡΙΝΟΣ, Π .Γ .

ΚΑΒΒΑΔΑΣ, Μ . τΣΙΑΜΠΑΟΣ, Γ.Δ.

Πολιτικός Μηχανικός, Υποψ Διδάκτωρ, Ε. Μ.Π . Καθηγητής, Ε.Μ.Π .

Αναπ. Καθηγητής, Ε .Μ .Π . Επικ. Καθηγητής, Ε.Μ .Π .

ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Στο παρόν άρθρο παρουσιάζεται η προσπάθεια συγκέντρωσης κάθε γεωτεχνικής­

γεωλογικής πληροφορfας για το Λεκανοπέδιο της Αθήνας, μέσω ενός Γεωγραφικού Συστήματος

Πληροφοριών (ΓΣΠ). Αρχικά η πληροφορfα αποκτάται από διάφορα γεωτεχνικά έργα και εισάγεται στο σύστημα διαχεlρισης βάσης δεδομένων που έχει αναπτυχθεί στον Τομέα Γεωτεχνικής ΕΜΠ .

Με χρήση εργαλεfων που διαθέτει το σύστημα για ανάλυση χώρου, όπως το ακανόνιστο δfκτυο τριγωνισμού (triangular irregular network, τΙΝ), παράγονται θεματικοί χάρτες που αφορούν τη

χωρική κατανομή των γεωλογικών σχηματισμών στην περιοχή μελέτης.

ABSTRACT: ln this paper, spatial analysis maps are presented by using a geographical informatίon system (GIS). lnitίal ly the ίnformatίon is introducing to the geotechnical relatίonal

database management system that has been deνeloped at the Geotechnical Diνision of National Technίcal Unίνersity of Athens. With the applicatίon of queries, the requisite data is implemented to the GIS as poίnts, which are generating to surfaces with the triangular irregular network model (τΙ Ν).

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Οταν εκτελείται ένα γεωτεχνικό έργο

(γεώτρηση ή φρέαρ) λαμβάνεται γεωλογική πληροφορία (στρωματογραφία της θέσης

ενδιαφέροντος), γεωτεχνική μέσω των αποτελεσμάτων των επιτόπου αλλά και των

εργαστηριακών δοκιμών καθώς επίσης και γεωγραφική (γεωγραφικές συντεταγμένες χ, y και z στη θέση εκτέλεσης) . Η πληροφορία μπορεί να αποθηκευτεl συνολικά σε γεωτεχνικό σύστημα διαχεlρισης βάσης δεδομένων και ανάλογα με τις απαπήσεις του χρήστη, να εισαχθεf τμήμα αυτής, εφόσον έχει

γίνει προσπάθεια αναζήτησης συγκεκριμένης ιδιότητας που να ικανοποιεl συγχρόνως και

κριτήρια που έχει αυτός καθορfσει, ή και στο σύνολό της σε Γεωγραφικό Σύστημα Πληροφοριών (ΓΣΠ), (Oioufa et al., 1994). Εlναι γνωστό ότι η δυνατότητα, που tχει ένα ΓΣΠ να επεκτείνει την τιμή συγκεκριμένης

ιδιότητας σε μια ευρύτερη περιοχή ξεκινώντας

όμως από μεμονωμένα σημεlα είναι περισσότερο αξιόπιστη, όταν τα σημεlα αυτά

γειτνιάζουν γεωγραφικώς και η κατανομή τους εfναι τέτοια ώστε να καλύmεται σημαντικά η

προς εξέταση περιοχή.

2. ΧΡΗΣΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΟΥ ΣΥΠΗΜΑΤΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΒΑΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΧΑΡΤΩΝ

2.1 Εισαγωγή

Η γεωγραφική πληροφορία διακρίνεται σε δύο κατηγορίες: η διακριτή και η συνεχής. Στην πρώτη κατηγορfα η πληροφορfα σχετlζεται με

τις γεωγραφικές συντεταγμένες χ και y, π.χ. οι

ιδιοκτησίες γης, ενώ στη δεύτερη η πληροφορfα σχετίζεται με τις γεωγραφικές

συντεταγμένες χ, y αλλά και το υψόμετρο z, πχ. τα υψόμετρα της επιφάνειας εδάφους, η

23

βροχόmωση, η στάθμη του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα κλπ. Τα δεδομένα της

πρώτης κατηγορίας ι.ίναι ασυνεχή και έχουν καθορισμένα όρια, π.χ. ένας οδικός άξονας

σχεδιάζεται πάνω σε ένα θεματικό χάρτη με συγκεκριμένο πλάτος και μήκος, αντίθετα η πληροφορία, που ανήκει στη δεύτερη κατηγορία, μπορεί να παρασταθεί με

επιφάνειες συνεχείς, αλλά ακανόνιστου σχήματος που προκύmουν από επιφανειακές

συναρτήσεις της μορφής Z=a+bX+cY. Κάθε επιφάνεια αποτελείται από άπειρα

σημεία και με τη βοήθεια διάφορων μοντέλων

γίνεται προσττάθεια για όσο το δυνατό

ακριβέστερη αποτύπωση της. Στην αρχή αυτή στηρίζεται και το μοντέλο του ακανόνιστου δίκτυου τριγωνισμού (tήangulated ίrregular

network, τΙΝ), όπου κάθε σημείο της επιφάνειας έχοντας γνωστές χωρικές συντεταγμένες χ, y και z δημιουργεί, με δύο

άλλα διπλανά σημεία, σύνολα γειτονικών, μη εmκαλυmόμενων τριγώνων, όπου η κάθε κορυφή του έχει ακανόνιστη χωρική θέση πάνω στην επιφάνεια. Η μέθοδος αυτή απαιτεί και τα λιγότερα σημεία για την πληρέστερη

απεικόνιση της επιφάνειας (Jones et al. , 1991 ).

2 .2 Γεωλογία του Λι.κανοπι.δίου της Αθήνας

Προκειμένου να παραχθούν οι χάρτες πρέπει να είναι κατανοητή η γεωλογία του Λεκανοπέδιου. Σύμφωνα με διάφορους ερευνητές που έχουν κατα καιρούς ασχοληθεί με τη γεωλογία και τα τεχνικογι.ωλογικά

χαρακτηριστικά του Λεκανοπέδιου της Αθήνας, (Lepsίus 1906, Μαρίνος κ. α. 1971 , Σαμπατακάκης 1991) και από τους χάρτες που έχουν συντάξει, το Λεκανοπέδιο δομείται από τους ακόλουθους γεωλογικούς σχηματισμούς:

Οι πυρήνες των όρεων που το περικλείουν

αποτι.λούνται από ασβεστόλιθους (Πάρνηθο και Αιγάλι.ω) και από μάρμαρα και σχιστόλιθους (Πεντέλη και Υμηπός), ενώ στις

παρυφές τους ανατπύσσονται χαλαροί ή

συνεκτικοί κώνοι κορημάτων ή πλευρικά

κορήματα. Στο βορειοδυτικό τμήμα αναmύσσονται κυρίως μάργες ηλικίας Νεογενούς, ενώ το κεντρικό του τμήμα που έχει εικόνα έντονης πολυπλοκότητας καταλαμβάνεται από σύστημα πετρωμάτων γνωστό με το όνομα «Αθηναϊκός σχιστόλιθος»

και υπέρκεινται αυτών οι ασβεστόλιθοι των

κεντρικών λόφων. Το παραπάνω όνομα δόθηκε λόγω της ιδιομορφίας που εμφανίζεται στη λιθολογία. Οι Γ. Μαρίνος κ. α. 1971 ,

24

αναφέρουν ότι το σύστημα επέχει θέση φλύσχη, Κρητιδικής ηλικίας, λόγω κάποιων απολιθωμάτων που βρέθηκαν μέσα στους

ασβεστόλιθους που αποτελούν τους

κεντρικούς λόφους της πόλης και οι οποίοι

βρίσκονται τοποθετημένοι πάνω στον

«ΑθηναΊκό σχιστόλιθο». Το σύστημα αποτελείται από σχιστόλιθους, φυλλίτες και μεταμορφωμένους aργιλικούς σχιστόλιθους, ιλυόλιθους και ψαμμίτες. Κατά θέσεις

εμφανίζονται μόργες, ασβεστόλιθοι και μαργαϊκοi ασβεστόλιθοι ενώ ακόμη υπάρχουν τοπικές διεισδύσεις από περιδοτίτη και διαβόση. Το όλο σύστημα mυχώθηκε κατά το

Ηώκαινο μι. αποτέλεσμα τη δημιουργία ρηγμάτων και τον κερματισμό του.

2.3 Χρήση γι.ωτεχνικού συστήματος

Στον Τομέα Γεωτεχνικής ΕΜΠ έχει σχεδιασθεί γεωτεχνικό σχεσιακό σύστημα διαχείρισης

βάσης δεδομένων όπου αποθηκεύεται συνολικό η πληροφορία από ένα γεωτεχνικό έργο (Αντωνίου κ.ό . 2001, Antoniou et al., 2000). Οι γεωγραφικές συντεταγμένες χ και y του κάθε έργου βρίσκονται με βοήθεια χαρτών κλίμακας 1:10.000 της Γεωγραφικής

Υπηρεσίας Στρατού και στη συνέχεια ανάγονται μέσω πολυωνυμικών σχέσεων μετατροπής σε συντεταγμένες του Ελληνικού Γεωδαιτικού Συστήματος Αναφοράς (ΕΓΣΑ-87). Ετσι συνδέι.ται η χωρική με την μη χωρική πληροφορία και μπορεί να χρησιμοποιηθεί

από ένα ΓΣΠ . Το σύστημα πιλοτικά

εφαρμόζεται στο Λεκανοπέδιο της Αθήνας

αλλά μπορεί να επεκταθεί σε οποιαδήποτε αστική περιοχή της Ελλάδας. Μέχρι σήμερα στο γεωτεχνικό σχεσιακό σύστημα έχουν εισαχθεί πάνω από 2000 γεωτρήσεις που

έγιναν στο Λεκανοπέδιο. Δόθηκε ιδιαίτερη σημασία στη γεωγραφική θέση των γεωτρήσεων και έγινε προσπάθεια να μην εισαχθούν μόνο αυτές που βρίσκονται κατά μήκος γραμμικών αξόνων (μητροπολιτικός σιδηρόδρομος, τμήμα του οδικού άξονα σύνδεσης του νέου αεροδρομίου Αθηνών με Ελευσίνα) , αλλά και όσο το δυνατό περισσότερες σε τυχαίες διευθύνσεις για καλύτερο και πιο αξιόπιστο αποτέλεσμα από το ΓΣΠ . Στα επόμενα γίνεται προσπάθεια να εφαρμοσθεί η προηγούμενη θεωρία και να χρησιμοποιηθεί το προαναφερθέν γεωτεχνικό

σχεσιακό σύστημα διαχείρισης βάσης δι.δομένων για την παραγωγή θεματικών

χαρτών με γεωλογική-γεωτεχνική πληροφορία

για το Λεκανοπέδιο της Αθήνας.

2.4 Εφαρμογή συστήματος - παραγωγή

χαρτών στο Λεκανοπέδιο της Αθήνας

Ολοι οι προαναφερθέντες ερευνητές

αναφέρονται στην επιφανειακή εξάπλωση των σχηματισμών και μέσω ενδεικτικών

γεωλογικών τομών στα πιθανά βάθη και πάχη των σχηματισμών, ενώ η πληροφόρηση για το πάχος των πρόσφατων αποθέσεων ή των επιχωματώσεων ή του βάθους που συναντάται το βραχώδες υπόβαθρο, με εξαίρεση τον Σαμπατακάκη (1991), που βασίζεται σε δεδομένα από γεωτεχνική έρευνα, είναι γενικά

περιορισμένη. Με τη χρήση όμως του γεωτεχνικού συστήματος διαχείρισης βάσης δεδομένων είναι δυνατό να δημιουργηθούν θεματικοί χάρτες που να παρέχουν ενδεικτικά,

ανάλογα με το πλήθος και την πυκνότητα των

γεωτρήσεων, το βάθος που θα συναντηθεί ο

σχηματισμός.

Ο χρήστης που θέλει να δει τη χωρική κατανομή μέσα στο Λεκανοπέδιο του συστήματος του «Αθηναϊκού σχιστόλιθου»

μπορεί καταρχήν να χρησιμοποιήσει ένα ήδη δομημένο ερώτημα που αφορά τις γεωτρήσεις

που τον διάτρησαν (συνήθως όλες έχουν σταματήσει μέσα σε αυτό), τα διοικητικό όρια

του δήμου που εκτελέσθηκαν, καθώς και το βάθος που συναντήθηκε για πρώτη φορά (Καφέ, 1998). Με αυτοματοποιημένη διαδικασία τα αποτελέσματα του ερωτήματος εισάγονται στο περιβάλλον του ΓΣΠ ArcVίew@

(ESRI, 1997). Με τη χρήση βοηθητικών εργαλείων που υπάρχουν, όπως το Spatial Analyst® (ESRI,1996) και το 30-Analyst® (ESRI, 1997), ζητείται από το πρόγραμμα να δημιουργήσει ένα θεματικό χάρτη με χρήση

τΙΝ όπου θα φαίνεται το βάθος εξάπλωσης παράλληλα με τη χωρική εμφάνιση του

συστήματος. Το αποτέλεσμα εμφανίζεται στο χάρτη του σχήματος 1 και έχει προκύψει από την επεξεργασία 454 γεωτρήσεων που έχουν εκτελεσθεί στο κεντρικό τμήμα της Αθήνας. Μαζί με την επεξεργασία των γεωτρήσεων έχουν χρησιμοποιηθεί και θέσεις επιτόπου

παρατηρήσεων, που ελήφθησαν υπόψη από

το τιΝ, για να αποδοθούν και οι ασβεστόλιθοι των κεντρικών λόφων της Αθήνας.

Αντίστοιχα ερωτήματα μπορούν να

δημιουργηθούν για την εμφάνιση της μάργας τόσο στο βορειο-βορειοδυτικό όσο και στο νότιο τμήμα του Λεκανοπέδιου. Επειδή η μάργα έχει νεώτερη ηλικία από τον Αθηναϊκό

σχιστόλιθο, σε ορισμένα τμήματα θα παρουσιάζεται διαβρωμένη, συνεπώς για να αποδώσει την πραγματική κατάσταση το σύστημα, είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν ανεξάρτητοι χάρτες με τη μέθοδο τΙΝ και στη

συνέχεια να γίνει παράθεση μεταξύ των. Η παραπάνω διαδικασία παρουσιάζεται στο

χάρτη του σχήματος 2 και έχει προκύψει από την επεξεργασία 257 γεωτρήσεων.

Σκόπιμο είναι να αναφερθεί ότι στις περιοχές που το γεωλογικό υλικό εμφανίζεται επιφανειακό, αυτές έχουν προκύψει είτε από

γεωτρήσεις που έχουν εκτελεσθεί (όταν ο περιβάλλων χώρος είναι δομημένος), είτε από επιτόπου παρατηρήσεις και εισαγωγή της

πληροφορίας μέσα στο σύστημα που

δημιουργεί το ακανόνιστο δίκτυο τριγωνισμού. Συγκρίνοντας τους χάρτες με τα αποτελέσματα

των άλλων ερευνητών και κυρίως του

Σαμπατακάκη (1991), παρατηρείται ότι

υπάρχει αρκετή ακρίβεια και ομοιότητα στα περισσότερα τμήματά τους. Βέβαια είναι κατανοητό ότι την ψηφιακή πληροφορία, σε σχέση με την πληροφορία που αποκτάται με

τους παραδοσιακής μορφής χάρτες, μπορεί να

τη χρησιμοποιήσει ο γεωτεχνικός μηχανικός πολύ πιο εύκολα και γρήγορα.

3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ- ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ

Από την παρουσίαση της παραπάνω προσπάθειας πρέπει να τονισθεί ότι οι χάρτες που έχουν προκύψει είναι αξιόπιστοι μόνο στα

τμήματα που ο κάνναβος των γεωτρήσεων

είνα ι πυκνός ή αυτές δε βρίσκονται κατά μήκος ενός μόνο άξονα. Στα ακραία τμήματά τους υπάρχει αρκετή αβεβαιότητα, που τείνει να

μειωθεί ή και να εξαλειφθεί όταν περισσότερες

γεωτεχνικές έρευνες, από αυτές που ήδη γίνονται ή πρόκειται να γίνουν στο Λεκανοπέδιο, εισάγονται στο γεωτεχνικό σύστημα διαχείρισης βάσης δεδομένων. Πάντως σε κάθε περίmωση τέτοιας μορφής χάρτες δεν έχουν στόχο να παρουσιάσουν

γεωτεχνική πληροφορία, αφού αυτή είναι

σημειακή και το γεωγραφικό σύστημα

πληροφοριών τη γενικεύει χωρίς να λαμβάνει υπόψη του διάφορα γεωλογικά χαρακτηριστικά, όπως τυχόν ύπαρξη ρηγμάτων.

25

1\) Ο>

Ν

Α

ΣΗΜΕΙΩΣΗ : 1. Ο χάρτης μπορε:Ι να χρησψοποιηθεΙ μόνο

'y1α αρχικ~ γεωλογικ~ πληροφόρηση καθώς δεν περιέχει γεωλογικό

~π--'- στ οιχεfα (ρ~γμστ α κλπ). Σε κάθε περlrnωση εiνα

απαραlτητη η εκτέλεση

γεωτεχνικ~ς έρεννας . όπω~ και η mrόπou παρατ~ρηση 2. Ο χάρτης ε/ναι αξιόrπσ-rος μόνο στα τμήματα που

υπάρχει μεγόλη

πυκνότητα γεωτρι']σεων. ενώ η οχρ/βε ια μειώνεται

στα σκρα/α τμήματά του

ΚΛΙΜΑΚΑ

Ο 1000 m

• Θlοιις yιωτρ~οιων

Ν Οδικό δlιtuo N wou,ιlς Β6tος ι μtdνιοης Αtηνcι1"ιο(ι CfJΙot6λιtou οι tm: - 20 - 40

§ 10 - 20 s - 10 o .. s

Σχήμα 1. Ανόmv~η "Jipoxliιδouς• uττοJΙάΙροu (σλmκού) σ-το ιιrντρικό ηιήμα τοu Λιιcαvοπtδιοu ΑΙήνσς

Figυre 1 Presentatιon of alριne bedrock at the central ρart of Athens

/\:) --ι

r-'

>C::*.~~i';}).. . ::f.j ΣΗΜΕΙΩΣΗ ~,...ι; ~~ 1 ο χάρτης μπορεi

' '""'~να χρησψοποηθεl για αρχικ(J γεχ.Jλογικ(J πληροφόρηση μόνο. καθώς δεν nεριtχει γεχ.Jλογικά

ιι:;s.~~~. στοιχεια (ρ(Jγματα. κλπ). ~~~Σε κάθε πφlrnωση εiνα

απαραlτητη η εκτέ~ση γε:ωΤΕΧVΙΚΙ'ις tpεννας . όnωc;καιη

εrnτόποu παρστ(Jρηση ~~"1=7~2 Ο χάρτης εlνσι αξιόmστος

Σχήμα 2. Ανάmuξη μdργας του Νtογινούς αι τμήματα

το υ λtκανσττtδιοu

Figure 2 Presentetion οΙ depth οΙ Neogene mar1 at νarious parts of Alhens

μόνο στα ιμ(Jματα που υnόρχΕΙ μεγάλη πυκνότητα γεωτρήσεων. ενώ η ακρlβεια μοώνετσι

στα ακραlα τμ(Jματά του.

ΚΛΙΜΑΚΑ

Ο 1000 m

• Oloι l( νt•tρl\σι••

Ο δ ι ιό δlιnιο

/V Ισ οu,rΙς

ιdοο, ιμ .,S•οη' μ~,..,"" (mJ

-ω .ιο r:::!J 20 • 40 010 -20 D s . το D o.s

Ν

Α

4. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Αντωνίου, Α.Α. , Μαρίνος, Π .Γ. , Καββαδάς, Μ . , Τσιαμπάος, Γ.Δ. , Τσατσανίφος, Χ . (2001), "Δημιουργία ενός γεωτεχνικού σχεσιακού συστήματος διαχείρισης βάσης δεδομένων", Πρακτικά 4ou Πανελλήνιου συνέδριου Γεωτεχνικής και περιβαλλοντικής Μηχανικής, Αθήνα.

Antoniou, Α.Α. , Mannos P.G., Kaννadas Μ ., (2000), "Application of geotechnical data­base in the city of Athens", Proceedings of an lntemational Symposium on Engineeήng Geology, Hydrogeology, and Natural Disasters with emphasis on Asia, (under publication).

Enνironmental System Research lnstitute, lnc. (1997), "GIS ArcνiewΘ νersion 3.1", ESRI, USA.

Enνironmental System Research lnstitute, lnc. (1996), "ArcνiewΘ Spatial Analyst", ESRI, USA.

Enνironmental System Research lnstitute, lnc. (1997), "GIS ArcνiewΘ 3D Analyst", ESRI, USA.

Jones, Ν . L., Wήght S. G., (1991), "Solid modeling for site representation in Geotechnical Engineeήng", Geotechnical Engineeήng Congress 1991 Volume I & 11, ASCE, pp.1021-1031 .

Καφέ, Δ . (1998), "Παρουσίαση των

χαρακτηριστικών του συστήματος του Αθηναϊκού σχιστόλιθου μέσω γεωτεχνικής­

γεωλογικής βάσης δεδομένων",

Διπλωματική εργασία, Τομέας Γεωτεχνικής,

ΕΜΠ , Αθήνα.

Lepsius, R. (1906), "Γεωλογία της Απικής", Π .

Δ. Σακελλαρίου, Αθήνα, σελ. 589 και σχήματα.

Maήnos G, (1983), "La position tectonique des Schists d' Athenes sur le complexe metamorphique du mont Hymette", Proceedings of Athens Academy, Volume 58, pp. 232-240.

Μαρίνος, Γ. , Κατσικάτσος , Γ., Γεωργιάδου­Δικαιούλια, Ε . , Μίρκου, Ρ. , (1971), "Το σύστημα των Σχιστόλιθων Αθηνών. I. Στρωματογραφία και τεκτονική", Annales Geologiques des Pays Helleniques, Athens, σελ. 439-444.

Oloufa, Α. Α., Eltaban, Α. Α. , Papacostas C.

28

S., (1994), "lntegrated GIS for construction site inνestigation", Joumal of Construction Engineeήng and Management, Vol. 120, Νο 1' pp. 211-222.

Σαμπατακάκης Ν. (1991), "Τεχνικογεωλογική

έρευνα του Λεκανοπέδιου Αθηνών", Διαδακτορική διατριβή, Τομέας

Εφαρμοσμένης Γεωλογίας και Γεωφυσικής, Πανεπιστήμιο Πατρών, Πάτρα.

Τομέας Γεωτεχνικής Μηχανικής, Τμήμα Πολπικών Μηχανικών, ΑΠΘ, (1985), "Γεωτεχνική μελέτη περιοχής Θεσσαλονίκης", Θεσσαλονίκη, σελ. 136.