Soil and Groundwater Salinization Problems in the Khorat Plateau, NE Thailand: Integrated Study of Remote Sensing, Geophysical and Field Data

Abstract

The study area is located in the western part of the Khorat basin, a sub basin of the Khorat Plateau, northeastern Thailand. The aims of the study are to map the distribution of saline soil at the surface of the study area, to correlate presumably salt-related features visible in the remote sensing data with information/indications provided by geophysics or other sources of data, to develop tentative assumptions on relationships between typical salt-related features in the remote sensing imagery and corresponding subsurface conditions, to outline concepts on the development of soil salinity, depending on lithological and structural conditions, and to investigate the differentiation between saline and non-saline soil by differences of their spectral properties. The non-remotely-sensed data, e.g. geophysics, groundwater, borehole logs and GIS data were employed to study the distribution, depth and shape of the rock salt members of the Maha Sarakham Formation, which are supposed to be the major sources of the salinity in this region. Results from geophysical investigations by conducting seismic reflection, resistivity and microgravity investigation indicate that the rock salt beneath the moderately to the severely salt-affected areas is present at a depths range from 80 to 100 m. The rock salt has a relatively flat to broadly anticlinal surface. These results also imply that beneath the elevated areas the rock salt is situated at greater depths than under the low-lying areas, troughs or swampy areas, e.g. in the vicinity of the Khong District, Nakhon Ratchasima Province. Remotely sensed data including Landsat 5 (TM), Landsat 7 (ETM+) and ASTER covering the study area were used to map the land use and salinity in the study area by means of visual interpretation and digital classification. Based on visual interpretation of land use and existing saline soil maps and two additional field trips investigating the amount of salt crust present at the surface, salt-affected areas in the study area could be categorized into three major types: severely, moderately and slightly salt-affected. Land use classifications of Landsat 7 and ASTER data showed good results in differentiating salt-affected from non salt-affected areas. Especially ASTER data gave high accuracy. Soil salinity classification derived from Landsat 7 by Band Math techniques gave poor results, particularly, when differentiating saline areas from bare ground, while those derived from ASTER data gave higher accuracy. Processing and interpreting ASTER data made it possible to effectively differentiate saline areas from bare ground. The total area of classified salt-affected areas in the study area is 495 km2. Results from reflectance spectra measurements showed that salt crust covering saline areas has specific spectral absorption feature at 1 750 nm wavelength. It is notable that most of the salt affected areas are located where lineaments occur. The dissolved salt rises to the surface using increased permeability along fault and fracture planes which are featured by lineaments on satellite images; salt crusts accumulate along these features and cause salinity later on. Based on hydrogeology, geology and topography, this study classifies the salinity in the study area into three main types: 1) Salinity along weak zones including salinity along a rock boundary, salinity along a lineament and a river course, 2) salinity in depression areas, and 3) salinity affected by reservoir and irrigation systems.

Das Untersuchungsgebiet liegt im westlichen Teil des Khorat Beckens in der Khorat Hochebene im nordöstlichen Thailand. Ziel der Studie war, Labor- und Geländeuntersuchungen zur spektralen Unterscheidung zwischen salzigen und nichtsalzigen Böden durchzuführen und die Verteilung von Bodenversalzungen an der Oberfläche des Untersuchungsgebietes zu erfassen. Weiter waren die vermutlich mit dem Steinsalz der Maha Sarakham Formation in Verbindung stehenden und in Fernerkundungsdaten sichtbaren Landschaftsmerkmale durch geophysikalische Untersuchungen, Geländeuntersuchungen und durch Vergleiche mit weiteren Daten zu überprüfen. Konzepte und Modelle waren abzuleiten, welche mögliche Zusammenhänge zwischen typischen in Fernerkundungsdaten sichtbaren Gelände- und Versalzungsmerkmalen und den geologischen Verhältnissen im Untergrund, insbesondere mit der Morphologie der Steinsalzoberfläche, erklären. Nichtfernerkundungsdaten, z.B. geophysikalische Daten, Grundwasserdaten, Bohrlochdaten und GIS-Daten wurden eingesetzt, um die Verbreitung, die Tiefenlage und die Morphologie der obersten Steinsalzschicht der Maha Sarakham Formation zu studieren. Diese wird als Hauptquelle für die Boden- und Grundwasserversalzung in der Region angesehen. Resultate der geophysikalischen Untersuchungen (Reflexionsseismik, Geoelektrik und Gravimetrie) zeigen, dass das Steinsalz unter den leicht bis extrem salzhaltigen Böden zwischen 80 und 100 m Tiefe liegt. Eine Ausnahme bildet die Region um Jaturat, in der die Steinsalzoberfläche in den seismischen Profilschnitten sowie in der Bohrung BS25 bei 60 bis 70 m unter der Geländeoberfläche angetroffen wurde. Die Daten aus Bohrungen und Geophysik zeigen weiter, dass unter topographischen Hochlagen das Steinsalz in größeren Tiefen liegt als unter den Geländeniederungen, den Abflusstälern oder den Sumpfgebieten. Letzteres ist insbesondere in der Region Khong, Provinz Nakhon Ratchasima, sichtbar. Fernerkundungsdaten, von Landsat 5 (TM), Landsat 7 (ETM+) und ASTER, wurden für das Untersuchungsgebiet digital verarbeitet und ausgewertet. Durch Anwendung und Erprobung von geeigneten Klassifizierungsmethoden wurden für das Untersuchungsgebiet Karten der Flächennutzung und der Bodenversalzungen abgeleitet. Unter Bezug zur Karte der aktuellen Flächennutzung, den Informationen und Daten zur Bodenversalzung sowie den Ergebnissen von zwei Geländekampagnen zur Überprüfung der Ergebnisse der Fernerkundung konnten die salzbelasteten Bereiche im Untersuchungsgebiet in drei Hauptkategorien streng, gemäßigt und gering salzbeeinflußt eingeteilt werden. Die Ergebnisse der Auswertung von Landsat 7 und von ASTER-Daten zeigen grundsätzlich gute Resultate bei der Unterscheidung zwischen salzbeeinflussten Bereichen und offensichtlich nicht salzführenden Bereichen. Besonders gute Ergebnisse lieferten dabei die ASTER-Daten. Im Gegensatz zu Landsat 7 war es mit ASTER möglich, versalzene Bereiche von nicht vegetationsbedeckten aber salzfreien Böden verlässlicher zu unterscheiden. Resultate der Spektralanalysen zeigten, dass die Salzkruste eine spezifische Absorption der elektromagnetischen Strahlung bei Wellenlängen um 1750 nm aufweist. Das ganze Gebiet der als salzbeeinflußt klassifizierten Zonen im Studienbereich beträgt 495 km2. Es ist bemerkenswert, daß die meisten salzbeeinflußten Bereiche dort lokalisiert wurden, wo Lineamente auftreten. Das gelöste Salz steigt zur Oberfläche vornehmlich in Zonen erhöhter Permeabilität entlang von Störungs- und Bruchflächen auf, die als Lineamente auf Satellitenbildern abgebildet werden. Salzkrusten bilden sich folglich vor allem entlang dieser Zonen aus. Gegründet auf unterstützende Daten zu Hydrogeologie, Geologie und Topographie, stuft diese Studie die Bodenversalzungen im Untersuchungsgebiet in folgende Hauptarten ein: 1) Bodenversalzungen entlang tektonischer Schwächezonen, in Satellitenbildern als Lineamente abgebildet und a Grenzen zwischen Gesteinsformationen, 2) Bodenversalzungen in Geländeniederungen und 3) Bodenversalzungen im Umfeld von Reservoiren und Bewässerungskanälen.