Applications of remote sensing and geographic information systems in geomorphological studies: Safaga - El Quseir area, Red Sea coast, Egypt as an example [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Moawad Badawy Moawad Badawy

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• Publié par: johannes_gutenberg-universitat_mainz
• Publié le: 01 janvier 2008
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• Langue: Deutsch
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Extrait

APPLICATIONSOFREMOTESENSINGANDGEOGRAPHICAPPLICATIONSOFREMOTESENSINGANDGEOGRAPHIC
INFORMATIONSYSTEMSINGEOMORPHOLOGICALSTUD-
IES:SAFAGA-ELQUSEIRAREA,REDSEACOAST,EGYPTAS
AANNEEXXAAMMPPLLEE..
Dissertation
zur Erlangung des Grades
“Doktor der Naturwissenschaften”
im Promotionsfach Geographie
am Fachbereich Chemie, Pharmazie, Geowissenschaften
der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
vorgelegt von
MOAWAD BADAWY MOAWAD BADAWY
Geboren in Kairo, Ägypten
Mainz, 2008 ii
Tag der mündlichen Prüfung: 29/ 02/2008.
Erklärung:
Ich versichere hiermit, die vorliegende Arbeit selbständig und nur unter Verwendung
der angegebenen Quellen und Hilfsmittel verfaßt zu haben.
Assertion:
All views and results presented in this thesis are those of the author unless stated oth-
erwise.iii
TO MY HOMELAND: EGYPT.
AASS AA CCOONNFFEESSSSIIOONN OOFF KKIINNDDNNEESSSS..ivv
Zusammenfassung
In den letzten drei Jahrzehnten sind Fernerkundung und GIS in den Geowissenschaften zu-
nehmend wichtiger geworden, um die konventionellen Methoden von Datensammlung und
zur Herstellung von Landkarten zu verbessern. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der
Anwendung von Fernerkundung und geographischen Informationssystemen (GIS) für geo-
morphologische Untersuchungen. Durch die Kombination beider Techniken ist es vor allem
möglich geworden, geomorphologische Formen im Überblick und dennoch detailliert zu er-
fassen. Als Grundlagen werden in dieser Arbeit topographische und geologische Karten, Sa-
tellitenbilder und Klimadaten benutzt.
Die Arbeit besteht aus 6 Kapiteln. Das erste Kapitel gibt einen allgemeinen Überblick über
den Untersuchungsraum. Dieser umfasst folgende morphologische Einheiten: Küstenlinie
einschließlich flacher Schelfzone und Küstenebene, höher gelegene Ebenen bzw. Terrassen
sowie das westlich anschließende stark gegliederte Gebirgsland mit den Wadisystemen. Au-
ßerdem werden die klimatischen Verhältnisse, insbesondere die Ariditätsindizes der Küsten-
und Gebirgslandschaft sowie das Siedlungsmuster beschrieben.
Kapitel 2 befasst sich mit der regionalen Geologie und Stratigraphie des Untersuchungsrau-
mes. Es wird versucht, die Hauptformationen mit Hilfe von ETM-Satellitenbildern zu identi-
fizieren. Angewandt werden hierzu folgende Methoden: Colour Band Composite, Image Ra-
tioning und die sog. überwachte Klassifikation. Letztere ist zwar sehr aufwändig, liefert aber
die besten Ergebnisse.
Kapitel 3 enthält eine Beschreibung der strukturell bedingten Oberflächenformen, um die
Wechselwirkung zwischen Tektonik und geomorphologischen Prozessen aufzuklären. Es
gliedert sich in vier Teile. Der erste Teil stellt eine Einführung dar. In Teil 2 werden die Defi-
nition von Lineamenten und ihre Bedeutung für Geologie, Geomorphologie und Fernerkun-
dung diskutiert. In Teil 3 geht es um die vielfältigen Methoden, zum Beispiel das sog. Image
Processing, um die im Gebirgskörper vorhandenen Lineamente einwandfrei zu deuten. Spe-
zielle Filtermethoden werden angewandt, um die wichtigsten Lineamente zu kartieren. In Teil
4 werden schließlich die ausgedehnteren Strukturformen, wie etwa Brüche, diapirische Pluto-
ne, Dyke-Schwärme und Spalten sowie Verebnungsflächen kartiert. Dies geschieht auf der
Grundlage eigens entwickelter Kriterien, die Geländeneigungen und Bruchlinien sowie deren
Dichte und Orientierung beinhalten. Das Resultat sind verschiedene geomorphologische und
geologische Interpretationskarten des Arbeitsgebietes mit detailliertem Kartierinhalt. vi
Kapitel 4 stellt den Versuch dar, mit Hilfe von aufbereiteten SRTM-Satellitenbildern eine
automatisierte Erfassung des Gewässernetzes bzw. der Wadisysteme durchzuführen. Hierbei
geht es um folgende Parameter: Abgrenzung des Einzugsgebietes bzw. Festlegung von Was-
serscheiden sowie Quantifizierung der wichtigsten morphologischen Parameter, beispielswei-
se landförmige und flächige Elemente mit dem Ziel einer Reliefanalyse. Angestrebt wird eine
möglichst vollständige Reliefanalyse. Es wird ausführlich diskutiert, inwieweit bei diesen
Arbeitsschritten die Qualität kleinmaßstäbiger SRTM-Satellitenbilder mit großmaßstäbigen
topographischen Karten 1 : 100 000 und 1 : 50 000 vergleichbar ist. Die Untersuchung kommt
zu dem Schluss, dass die SRTM-Satellitenbilder hinsichtlich ihrer Detailgenauigkeit den to-
pographischen Karten 1 : 50 000 durchaus ebenbürtig sind. Weiterhin werden hydrologische
Parameter über eine qualitative und quantitative Analyse des Abflussregimes einzelner Wadis
erfasst. Der Ursprung von Entwässerungssystemen wird auf der Basis geomorphologischer
und geologischer Befunde interpretiert. Ergänzend werden markante Waditerrassen und Del-
tabildungen von Wadis an der Küste des Roten Meeres untersucht.
Kapitel 5 befasst sich mit der Abschätzung der Gefahr episodischer Wadifluten. Die Wahr-
scheinlichkeit ihres jährlichen Auftretens bzw. des Auftretens starker Fluten im Abstand meh-
rerer Jahre wird in einer historischen Betrachtung bis 1921 zurückverfolgt. Die Bedeutung
von Regentiefs, die sich über dem Roten Meer entwickeln, und die für eine Abflussbildung in
Frage kommen, wird mit Hilfe der IDW-Methode (Inverse Distance Weighted) untersucht.
Betrachtet werden außerdem weitere, regenbringende Wetterlagen mit Hilfe von Meteosat
Infrarotbildern. Genauer betrachtet wird die Periode 1990-1997, in der kräftige, Wadifluten
auslösende Regenfälle auftraten. Flutereignisse und Fluthöhe bzw. Abflussmenge werden
anhand von hydrographischen Daten (Pegelmessungen) ermittelt. Auch die Landnutzung und
Siedlungsstruktur im Einzugsgebiet eines Wadis wird berücksichtigt.
In Kapitel 6 geht es um die unterschiedlichen Küstenformen auf der Westseite des Roten
Meeres. Der erste Teil enthält eine Übersicht über die Erosionsformen, wie etwa Küstenkliffs
und Brandungsterrassen; im zweiten Teil geht es um Aufbauformen, beispielsweise Sand-
strände, Nebkas und Nehrungsbildungen. In Teil 3 werden untergetauchte Formen entlang der
Küste, beispielsweise Wadimündungen, Buchten (Sharms) und Offshore-Inseln mit dem sie
umgebenden, intakten Korallenriff beschrieben. Im abschließenden vierten Teil geht es um
die Stratigraphie und zeitliche Zuordnung von submarinen Terrassen auf Korallenriffen sowie
den Vergleich mit anderen solcher Terrassen an der ägyptischen Rotmeerküste westlich und
östlich der Sinai-Halbinsel. vii
Summary
During the last three decades remote sensing and GIS have become increasingly important
tools for improving the conventional methods of data collection and map production in geo-
sciences. The present work represents an endeavour of applying remote sensing and geo-
graphic information systems (GIS) in geomorphological studies. Several objectives form the
main scope of the study of which assessing the capability of using and integration of remote
sensing and geographic information systems to discern the main geomorphologic units is the
most important one. To fulfil these objectives, numerous data (e.g. topographic and geologic
maps, satellite images, and climatic data) and methods are used.
The thesis consists of six chapters, chapter one manifests the general setting of the study area.
It illuminates the main morphological units that are: coastal zone and coastal plain, table
lands, Red Sea terrain, and drainage basins. It reveals as well the foremost aspects of the area
such as climatic conditions, aridity indices, coastal environment, and cultural manifestations.
Chapter two signifies types and ages of the litho-stratigraphy and the regional structure. Sev-
eral attempts are achieved to discriminate the main rock formations from the ETM+ image
such as colour band composite, image ratioing, and supervised classification. The last one
gives the most acceptable results for discerning the main rock units.
Chapter three is concerned with structural landforms to clarify the interaction between tecton-
ics and geomorphic processes. It is divided into four sections as follows: The first section is
an introduction denoting to scope of the study. Section two discusses the definition of linea-
ments in view of geology, geomorphology, and remote sensing. Section three presents a vari-
ety of advanced methods of image processing for mapping and detecting lineaments. Direc-
tional and non-directional spatial filters are widely applied to reveal the main linear features.
Finally, section four exhibits the structural forms as faults, warped landforms, peneplanation,
diapiric plutons, dyke swarms, and joints. This section points out many criteria and methods
for distinguishing faults, dip direction and quantity as well. Numerous geomorphologic and
geologic maps are presented within this section for exposing the general outlines of the study
area.
Chapter four comes as an attempt to signify a standard method for automation extraction of
drainage networks from the processed SRTM images. The model executes stream orders,
watershed delineation, and quantifying the most important mor