Videnskabsmand Naiane Bernardo [til venstre] i feltarbejde; udstyr, der bruges til at måle stråling og bestråling [højre]. Reservoir kaskade forbedrer støt vandgennemsigtigheden ved at beholde materiale i suspension, der påvirker lysabsorption Kredit:Naiane Bernardo
I São Paulo City, Brasilien, Tietê -floden er forurenet af en enorm mængde affald, hovedsageligt husholdningsspildevand, men jo længere den løber ind i det indre, jo bedre bliver kvaliteten af vandet. Det er meget mindre grumset på Barra Bonita, 294 km fra São Paulo, og gennemsigtig ved Buritama (546 km).
En undersøgelse foretaget af brasilianske forskere ved São Paulo State University (UNESP) i Presidente Prudente og São José dos Campos viser, at denne ændring i vandkvaliteten, når floden krydser staten, skyldes filtrering af en række dæmninger undervejs. Den 1, 100 km Tietê stiger nær kysten, passerer gennem statens hovedstad og flyder videre til São Paulos vestlige grænse, hvor den slutter sig til Paraná, en biflod til Plata. Barra Bonita -reservoiret bevarer en del af algerne, der lever af nitrogen og fosfor i spildevandet. Med færre af disse organismer, floden løber gennem møllerne og videre til det næste sæt dæmninger, hvor det filtreres igen.
Som undersøgelsen viser, filtrering af Tietê ved denne serie dæmninger tillader mere lys i vandet, som iltes og omdanner mere organisk stof fra forurenende stoffer til uorganisk stof, til sidst bliver gennemsigtig. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Vand .
"Vi demonstrerer, at Tietê -vandkvaliteten støt forbedres takket være denne reservoirkaskade, med eksponering for forurening fra husholdnings spildevand, der falder, når floden løber væk fra statens hovedstad, "sagde Enner Herênio de Alcântara, en professor ved UNESP i São José dos Campos og en af forfatterne til undersøgelsen.
"Fra det ene reservoir til det næste, sammensætningen af det organiske og uorganiske stof i floden ændres. Dette påvirker lysabsorptionen i hvert reservoir, "Fortalte Alcântara.
Forskerne analyserede vandets lysabsorberingskarakteristika i fire af de seks reservoirer, der omfatter Tietê -dæmningens kaskade:Barra Bonita, Bariri, Ibitinga og Nova-Avanhandava. Disse reservoirer tegner sig for mere end 90 procent af den vandkraft, der genereres af kaskaden.
Kemisk sammensætning og turbiditet varierer afhængigt af forureningstypen. Barra Bonita og Bariri er eutrofiske - fulde af alger, hypoksisk og grumset. Ibitinga (349 km fra São Paulo City) er mesotrofisk, med en medium mængde vegetation og med moderat klart vand. Nova-Avanhandava reservoir ved Buritama er oligotrofisk, med lav algeproduktion og gennemsigtigt vand.
Forskerne analyserede vandprøver indsamlet under feltarbejde for at måle niveauerne af organisk og uorganisk partikler.
Deres fund viser, at Barra Bonita -reservoiret indeholder en stor mængde alger (fytoplankton), mens høje niveauer af opløst organisk kulstof er karakteristiske for Bariri og Ibitinga. Disse to reservoirer viste også stor variation i partikelsammensætning mellem organisk og uorganisk inden for et givet år, afhængigt af perioden, i overensstemmelse med ændringer i lysabsorption målt under analysen. Uorganisk materiale-mineraler og ikke-kulsyreholdige forbindelser-dominerer i den nedstrøms del af Nova Avanhandava.
Disse materialer absorberer lys ved forskellige bølgelængder. Absorption varierer i intensitet afhængigt af koncentrationen af optisk aktive komponenter til stede i vandet. Ud over at absorbere lys, de spreder det også. Balancen mellem mængden af absorberet lys og mængden spredt af disse materialer afspejles i variationerne i farven på Tietê -vandet.
Fytoplankton, for eksempel, absorberer mere energi i de blå og røde bølgelængder, og meget mindre i det grønne, forårsager mere spredning ved denne bølgelængde. Derfor er vandet i reservoirer med store mængder af planteplankton mørkegrønt, forklarede forskerne.
"Vi fandt ud af, at reservoirernes samlede lysabsorptionskapacitet afspejlede forureningsniveauet ret præcist. Den kraftige planteplanktonvækst på grund af intens eutrofiering forstyrrede mest lysabsorption i reservoirerne tættest på São Paulo, for eksempel, "Sagde Alcântara.
Satellitovervågning
Resultaterne af undersøgelsen vil bidrage til udviklingen af nye matematiske og statistiske modeller, der kan bruges til at estimere og overvåge vandkvaliteten i Tietê -kaskadereservoirsystemet via satellitbilleddannelse, Tilføjede Alcântara.
På grund af variationen i lysabsorption i disse reservoirer, der mangler endnu at blive udviklet en matematisk model for at sikre præcis måling af vandkvalitetsparametre for hele systemet.
"Reservoirerne indeholder store forureningsniveauer, med store mængder vandplanter, for eksempel, så signalerne registreret af sensoren på Landsat-8 i rummet bliver mættede. Som resultat, modellen i sidste ende vakler og leverer forkerte oplysninger, "forklarede han.
Landsat-8 er den ottende satellit i NASA-USGS Landsat Jordobservationsprogram, og den syvende for at nå en bane med succes. Den indbyggede sensor til dens Operational Land Imager (OLI) gør det muligt at optage billeder ved forskellige bølgelængder.
De organiske og uorganiske materialer, der findes på eller i nærheden af reservoirets overflade, reflekterer solstråling tilbage til sensoren ved bestemte bølgelængder. Som resultat, deres fordeling i reservoiret kan estimeres ved hjælp af disse billeder.
Når den matematiske model for variationer i lysabsorption anvendes på overfladereflektansparametrene opnået fra billederne, det er muligt at estimere mængden af organisk og uorganisk stof i vandet, og dermed dens gennemsigtighed.
"Landsat -programmet har produceret billeder siden 1970'erne. Når vi har valideret den matematiske model udviklet af vores gruppe, vi vil kunne få vandkvalitetsindikatorer for hele Tietê -reservoirsystemet i de sidste 40 år eller deromkring, "Sagde Alcântara.
"På dette grundlag vil det være muligt at forstå processen med forringelse af Tietês vandkvalitet i løbet af de seneste årtier."