Evaluating geological and environmental data for urban expansion using satellite images and GIS. An application on Hurghada area, Egypt

Abstract

The Egyptian Red Sea coast has witnessed a remarkable development in recent years to accommodate the flourishing tourism and oil industries. This development has been accelerated by the construction of new settlements, occupied several kilometers of the coastline and inland areas. Unfortunately, this urban development tends to be chaotic in the absence of any physical planning and considerably reflects the lack of interaction and communication among urban planners, geoscientists and decision makers. Hurghada, as an important Egyptian city on the Red Sea coast, was chosen as a representative example to monitor and detect this rapid and uncontrolled urban expansion through the documented changes in the time-series remotely sensed data. In the same time, the present study aims to evaluate the ground conditions such as geology, topography and geologic hazards which help to provide a scientific basis for an effective land use planning and urban development for the study area. The geologic data pertaining to the study area was reviewed and revealed that the area is covered by Precambrian basement rocks which unconformably overlain from east by Tertiary- Quaternary sedimentary successions. The area is located in the Red Sea rift system; accordingly, its rocks were strongly influenced by several tectonic movements pertaining to pre-, syn- and post-rifting. The Precambrian basement rocks are dissected by large number of fractures, faults, joints and dykes, while the sedimentary rocks are affected by a system of normal faults, sometimes forming groups of horsts and grabens. Paleostress analysis indicated that the fault system of sedimentary outcrops formed during a phase of NE-SW extension during Pliocene- Quaternary time. Seismically, the study area is located in one of seismically active zone of Egypt. To recognize the flash flood-prone sites in the area, the drainage basins and network were delineated. Structural elements seem to have strongly controlled many parts of main streams. The morphometric parameters of the defined basins were estimated and assessed in terms of flash flood potentiality. These parameters were used to forecast numerically the peak discharges of the studied basins. Accordingly, the basins were assorted in respect to flash flood potentiality into three classes: high, moderate and low. Flash flood-prone sites were defined and mitigative and warning measures were recommended. Moreover, by correlation of geological, structural and drainage network maps, promising sites of groundwater potentiality were predicted. Land use/land cover changes in the study area were monitored using data of Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+ and ASTER acquired on 1987, 2000 and 2005, respectively. Five change detection techniques were employed to observe and analyze these changes. The results revealed that the urban areas have increased by 32 km2 over the period from 1987 to 2005, representing an increase in area over 400%. This expansion has taken as urban fringe development, linear, infill, and isolated models. Furthermore, the population, tourist activities, and road network were the most important drives to this urban expansion. Unfortunately, the present study recorded inappropriate land uses in the study area due to ignorance or misconception about the physical environment on which the urban area is located as well as a serious environmental degradation as a consequence to the rampant urban growth in the area. Therefore, land use suitability map was produced and some recommendations were suggested to be utilized for the future development of the study area.

Η αιγυπτιακή ακτή της Ερυθράς Θάλασσας έχει περάσει από μια αξιόλογη διαδικασία ανάπτυξης τα τελευταία χρόνια, ανταποκρινόμενη στην ραγδαία εξέλιξη του τουρισμού και της πετρελαιακής βιομηχανίας. Αυτή η ανάπτυξη επιταχύνθηκε από την κατασκευή νέων οικισμών, οι οποίοι κατείχαν μερικά μόνο χιλιόμετρα της παραλιακής ζώνης και της χερσαίας χώρας. Δυστυχώς, αυτή η ανάπτυξη τείνει να γίνει χαώδης με την απουσία οποιουδήποτε αστικού σχεδιασμού, και αντικατοπτρίζει την έλλειψη επικοινωνίας και αλληλεπίδρασης μεταξύ των μηχανικών, των γεωεπιστημόνων και των υπευθύνων λήψεως αποφάσεων. Η Ουργκάντα, μια σημαντική αιγυπτιακή πόλη στην ακτή της Ερυθράς Θάλασσας, έχει επιλεγεί ως παράδειγμα παρακολούθησης και προσδιορισμού αυτής της ραγδαίας και ανεξέλεγκτης αστικής επέκτασης μέσω των τεκμηριωμένων αλλαγών που διαπιστώνονται από τη σύγκριση διαχρονικών στοιχείων Τηλεπισκόπησης. Ταυτόχρονα, η παρούσα μελέτη στοχεύει στην αξιολόγηση των συνθηκών του εδάφους, όπως η γεωλογία, η τοπογραφία και η γεωλογική επικινδυνότητα με σκοπό την παροχή μιας επιστημονικής βάσης για έναν αποτελεσματικό σχεδιασμό χρήσης γης και αστικής ανάπτυξης της περιοχής έρευνας. Σύμφωνα με τα γεωλογικά στοιχεία της περιοχής μελέτης, τα οποία επί μέρους αναθεωρήθηκαν, το υπόβαθρο της περιοχής αποτελείται από Προκάμβρια πετρώματα τα οποία εκτείνονται στο δυτικό τμήμα της και ανατολικά καλύπτονται από Τριτογενείς και Τεταρτογενείς ιζηματογενείς σειρές. Η περιοχή ανήκει στο ρηξιγενές σύστημα της Ερυθράς Θάλασσας και τα πετρώματα της έχουν επηρεασθεί σημαντικά από τεκτονικές παραμορφώσεις που αναφέρονται στον προ-, συν- και μετά-ρηξιγενή τεκτονισμό. Τα Προκάμβρια πετρώματα τέμνονται από ένα μεγάλο αριθμό ρωγμών, ρηγμάτων, δικλάσεων και φλεβών, ενώ τα ιζηματογενή πετρώματα έχουν επηρεαστεί από ένα σύστημα κανονικών ρηγμάτων που σε ορισμένες περιπτώσεις συνδέονται με την ανάπτυξη τεκτονικών κέρατων και τάφρων. Η ανάλυση των παλαιοτάσεων έδειξε ότι το σύστημα ρηγμάτων της περιοχής μελέτης σχηματίστηκε περίπου κατά τη φάση της ΒΑ-ΝΔ επέκτασης (Β46°Α ) κατά την Πλειο-Tεταρτογενή περίοδο. Σεισμολογικά, η περιοχή τοποθετείται στη σεισμικά ενεργή ζώνη της Αιγύπτου. Με βάση τη μορφομετρική ανάλυση και την ανάλυση των λεκανών εκφόρτωσης κορυφής, οι υπό έρευνα λεκάνες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σύμφωνα με την πιθανότητα απότομης πλημμύρας (flash flood) σε τρεις κατηγορίες: λεκάνες υψηλής, μέτριας και χαμηλής πιθανότητας. Έχουν επίσης συμπεριληφθεί οι ευπαθείς τοποθεσίες flash flood κατά μήκος του οδικού δικτύου αλλά και στην αστική περιοχή και κατηγοριοποιήθηκαν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με τον βαθμό κινδύνου: ασήμαντου, μέτριου και υψηλού κινδύνου. Επιπλέον, έχουν προταθεί μέτρα αντιμετώπισης πλημμυρών, κατασκευαστικά και μη-κατασκευαστικά. Οι αλλαγές στη χρήση/κάλυψη γης στην περιοχή έρευνας παρακολουθήθηκαν με την αξιοποίηση των δορυφορικών δεδομένων των Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+ and ASTER, που λήφθηκαν τα έτη 1987, 2000 και 2005, αντίστοιχα. Χρησιμοποιήθηκαν πέντε διαφορετικές τεχνικές εντόπισης μεταβολής για την ανάλυση αυτών των αλλαγών. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως οι αστικές περιοχές αυξήθηκαν κατά την περίοδο 1987 – 2005 κατά περίπου 400%. Βρέθηκε επίσης ότι η αύξηση πληθυσμού, οι τουριστικές δραστηριότητες και το οδικό δίκτυο ήταν οι πιο σημαντικοί παράγοντες σ' αυτή την επέκταση. Η παρούσα μελέτη κατέδειξε δυστυχώς, μια απαράδεκτη χρήση γης στην περιοχή έρευνας, που οφείλεται στην αγνόηση και λανθασμένη αντίληψη του φυσικού περιβάλλοντος της αστικής ζώνης, αλλά και μια περιβαλλοντική υποβάθμιση του εδάφους, ως αποτέλεσμα της τυχαίας αστικής ανάπτυξης. Γι' αυτό, σχεδιάστηκε ένας χάρτης καταλληλότητας χρήσης γης, και προτάθηκαν κάποιες συστάσεις για την μελλοντική ανάπτυξη της περιοχής της μελέτης.