Streszczenie pracy licencjackiej pt. „Analiza jakości wód Jeziora

Streszczenie pracy licencjackiej pt. „Analiza jakości wód Jeziora

Streszczenie pracy licencjackiej pt.
„Analiza jakości wód Jeziora Zegrzyńskiego na podstawie danych hiperspektralnych
AISA”
Anita Sabat [email protected]
Uniwersytet Warszawski, Wydział Geografii i Studiów Regionalnych
Opiekunowie pracy: dr Anna Jarocińska, dr hab. prof. UW Artur Magnuszewski
Nowoczesne technologie teledetekcyjne umożliwiają prowadzenie monitoringu wód w
sposób obiektywny i powtarzalny w czasie. Zastosowanie zobrazowań hiperspektralnych,
rejestrujących widmo elektromagnetyczne w setkach wąskich zakresów spektralnych,
pozwala na detekcję i wizualizację przestrzennego zróżnicowania parametrów fizycznochemicznych wód. W niniejszych badaniach skoncentrowano się na analizie jakości wód
Jeziora Zegrzyńskiego oraz ocenie możliwości wykorzystania danych hiperspektralnych do
badania stanu jezior.
Naziemne pomiary hiperspektralne wykonane zostały spektrometrem ASD FieldSpec
3 dla dominujących form pokrycia terenu: wody, piasku, betonu oraz asfaltu. Ponadto w
trakcie lotniczego zobrazowania hiperspektralnego AISA wykonanego przez firmę MGGP
Aero Sp. z o.o. w dniu 3 sierpnia 2013 roku, pobranych zostało 8 próbek wody na obszarze
Jeziora Zegrzyńskiego. Z pobranych próbek wody w laboratorium Pracowni Monitorowania
Wód Powierzchniowych Centrum Wodnego SGGW wyznaczono zawartość chlorków,
bromków, fluorków, siarczanów, sodu, potasu, magnesu, wapnia i amoniaku (mg/dm3). Obraz
hiperspektralny składał się ze 129 kanałów o rozdzielczości spektralnej 4 nm w zakresie 401997 nm (zakres widzialny i bliska podczerwień) i rozdzielczości przestrzennej około 1 metra.
Otrzymany obraz poddano korekcji geometrycznej. Aby wyodrębnić sygnał pochodzący
jedynie od wód zbiornika, przygotowano maskę zakrywającą wszystkie elementy pokrycia
terenu z wyjątkiem wód powierzchniowych. Bazując na danych literaturowych obliczono
teledetekcyjne wskaźniki będące podstawą do oceny jakości wód. Pozwoliły one ocenić m.in.
zawartość rozpuszczonej materii organicznej (Dissolved Organic Matter - CDOM) i zawiesin
ogółem (Total Suspended Solids - TSS), widzialność krążka Secchiego (Secchi Disk Depth SDD), stężenie fosforu całkowitego (Total Phosphorus - TP), chlorofilu a (Chlorophyll a Chl a) oraz karotenoidów (Photochemical Reflectance Index - PRI). Na połączonych
kartogramach wybranych wskaźników przeprowadzono również dwie klasyfikacje jakości
wód metodą IsoData. Pierwsza z nich polegała na wyróżnieniu klas wód o różnej zawartości
chlorofilu a, kolejna miała na celu wyznaczenie klas wód różniących się zawartością
wybranych substancji.
Jako
dane
referencyjne,
wykorzystane
zostały
wyniki
modelowania
hydrodynamicznego CCHE2D, opisujące warunki sedymentacji w Jeziorze Zegrzyńskim. Na
potrzeby niniejszej analizy wykorzystano wyniki modelowania prędkości przepływu wód,
koncentracji zawiesin i rumowiska rzecznego.
W celu ustalenia zależności pomiędzy wartościami wskaźników jakości wód,
pomiarami
chemizmu
wody
oraz
wynikami
modelowania
hydrodynamicznego
przeprowadzono korelacje. Zestawiono wartości parametrów chemizmu wód z miejsc
terenowego poboru wód z wartościami wskaźników hiperspektralnych. Miejsca pomiarów
terenowych zlokalizowano za pomocą odbiornika GPS.
Analiza wskaźników teledetekcyjnych oraz klasyfikacji wykazała, że wody Bugu i
Narwi wpływające do Zbiornika Zegrzyńskiego mają odmienne właściwości fizycznochemiczne. Narew wnosi do Jeziora Zegrzyńskiego mniejszy ładunek zawiesin i substancji
chemicznych, co jest spowodowane niewielką prędkością wód wynikającą z długiej cofki.
Natomiast Bug wnosi do zbiornika duży ładunek zawiesin i fosforu, co powoduje silny wzrost
fitoplanktonu w części jeziornej zbiornika. Dodatkowo na podstawie kartogramu wskaźnika
CDOM wyróżniono strefę wody o dużym stężeniu materii organicznej, która pochodzi z
przepompowni w Arciechowie.
Z racji pozyskania lotniczego obrazu hiperspektralnego, który pozwolił opracować
odpowiednie teledetekcyjne wskaźniki jakości wód z rozdzielczością 1x1m, uzyskane wyniki
pozwalają lepiej zrozumieć skomplikowany proces mieszania się wód Bugu i Narwi. Obrazy
rozkładu przestrzennego wskaźników jednoznacznie wskazują na podział zbiornika na
akweny o cechach wody rzecznej, strefę mieszania i strefę jeziorną z przewagą procesów
produkcji pierwotnej fitoplanktonu. Obrazy hiperspektralne mogą być wykorzystywane wraz
w wynikami modelowania hydrodynamicznego do interpretacji wyników monitoringu jakości
wód, a także do detekcji punktowych źródeł zanieczyszczeń. Wyniki zainteresują specjalistów
z zakresu ochrony środowiska, gospodarki wodnej, a także teledetekcji.