Weronika Sendrowska: Lokalizacja źródeł zanieczyszczeń wód

LOKALIZACJA ŹRÓDEŁ ZANIECZYSZCZEŃ
WÓD POWIERZCHNIOWYCH
Z WYKORZYSTANIEM TERMOWIZJI LOTNICZEJ
Weronika Sendrowska
Opiekun naukowy: dr inż. Andrzej Lubecki
Międzywydziałowe Naukowe
Koło Termowizji
Wydz. Geodezji i Gospodarki Przestrzennej
Uniwersytet Warmińsko - Mazurski
1. STRESZCZENIE
Wysoka czułoś detektorów stosowanych w kamerach termalnych (0.050C) umożliwia
uzyskanie dokładnego rozpoznania minimalnych natężeń energii cieplnej na badanych obiektach.
Natomiast pomiar temperatury ok. 0.10C stwarza możliwość lokalizacji miejsca zrzutów
zanieczyszczeń do wód powierzchniowych, jako że w większości przypadków ich temperatura jest
wyższa od temperatury wody w zbiornikach. Do lokalizacji zanieczyszczeń wykorzystano metodę
termowizyjną, polegającą na rejestracji rozkładu powierzchniowego temperatur z pokładu samolotu.
2. WSTĘP
Celem badania jest próba lokalizacji źródła zanieczyszczeń jeziora Wulpińskiego k/Olsztyna
i rzeki Łyny na terenie miasta Olsztyna.
Założono, że w przypadku wystąpienia zrzutów
zanieczyszczeń płynnych ich temperatura jest wyższa od temperatury wody, do której są zrzucane.
Badania dokonano w latach 1994 - 1999. Zobrazowania termalne wykonano z samolotu na wysokości
500 m, kamerą szwedzkiej firmy Agema z rejestracją komputerową. Pozyskane termogramy
wyselekcjonowano i dokonano połączeń na długości 1 km. W programie nalotu określono pokrycie
podłużne 30 % i takie zrealizowano co umożliwiło połączenie 6 sąsiednich termogramów tworzących
szereg termalny. Szereg ten obejmuje teren między 2 mostami. W okolicy jednego z nich
zlokalizowano rurę  120 mm, którą wpadają do rzeki Łyny zanieczyszczenia przemysłowe
z odległego o ok. 400 m zakładu przemysłowego. Natomiast w przypadku jez. Wulpińsiego, podczas
obozu letniego i penetracji brzegów jeziora natrafiono na zakopaną w dnie rurę odprowadzającą ścieki
gastronomiczne z pobliskiej stołówki należącej do ośrodka wypoczynkowego. Ujawniono,
że w późnych godzinach nocnych dokonywane są zrzuty zanieczyszczeń płynnych ze stołówki do
jeziora. W przypadku zobrazowań wód jeziora naloty wykonano nocą.
3. OSIĄGNIĘCIA W KRAJU I NA ŚWIECIE
Najnowszej generacji urządzenia pozwalają analizować pracę obiektów w czasie
rzeczywistym. Każda kamera posiada własną pamięć z możliwością zapamiętania do kilkudziesięciu
termicznych obrazów badanego obiektu. Kamera wyposażona we własną pamięć oraz cyfrowe wejście
i wyjście, które umożliwiają przeniesienie zapamiętanych obrazów do komputera, co pozwala na
dalszą analizę
i obróbkę cyfrową badanych zjawisk.
Obszar zastosowań kamer termowizyjnych nieustannie się rozszerza i dawno już wyszedł poza
zakres związany bezpośrednio z problemami termoizolacji, zyskując uznanie również w innych
dziedzinach takich jak:
1) Elektroenergetyka

Badanie stanu generatorów elektrycznych

Badanie stacji GPZ, transformatorów i baterii kondensatorów,

Badanie izolatorów napowietrznych linii energetycznych,

Badanie stanu linii wysokich i niskich napięć,
2) Gazownictwo

Wykrywanie nieszczelności instalacji gazowych,
3) Ciepłownictwo

Wykrywanie strat ciepła.

Obserwacja procesów wytwarzania energii cieplnej i jej przesyłu,

Ocena wydajności i wykrywanie uszkodzeń wymienników ciepła,
4) Mechanika

Badanie silników elektrycznych i stanu ich łożysk,

Ocena działania systemów klimatyzacji,

Diagnostyka silników pojazdów samochodowych,

Monitoring procesu produkcji opon samochodowych,

Badania układów hamulcowych i silnika dla oceny wydajności oraz jakości chłodzenia,

Badanie działania ogrzewania tylnej szyby samochodowej w laboratoriach,
5) Medycynie

Badanie kręgosłupa i stawów,

Wykrywanie chorób, np. raka piersi, gruczołu krokowego, artretyzmu, ocieplenia
kończyn, niedokrwistość itd.,
6) Ekologii

Badanie środowiska, wykrywanie zanieczyszczeń w powietrzu, wodzie i w glebie,

Lokalizacja źródeł zanieczyszczeń
7) W ratownictwie górskim, przeciw pożarowym-naziemnym i lotniczym, w służbach ochrony
granic, w policji, w militariach itp.
4. WYNIKI BADAŃ I ICH OPRACOWANIE
Rejestracja termogramów z części obszaru warstwy przypowierzchniowej jez. Wulpińskiego
nastąpiła w lipcu o godz. 15:10. Temperatura otoczenia wynosiła wówczas 24 0C. Badane miejsce
to kąpielisko, w którym ludzie w słoneczny dzień zażywali kąpieli, z tego też powodu przybrzeżne
wody tego jeziora w tym momencie były zmącone. Skutkowało to nagrzaniem wody w części
kąpieliska co możemy zaobserwować na termogramie. Z pomiarów termogramu wynika, że rozkład
temperatur na wodzie jest zróżnicowany. Jest to doskonale widoczna to na załączonym termogramie
nr 1 – najwyższa temperatura występuje na lądzie, jest ona wyższa o 1,60C od temperatury powietrza
i wynosi: 25,6 0C, a temperatura wody wynosi 23,20C i jest jednak nie wszędzie jednakowa. Wraz
z oddalaniem się od brzegu temperatura stopniowo maleje.
Rys. 1. Termogram jez. Wulpińskiego.
Analizując te wyniki można zauważyć że temperatura wzrasta wraz z zmętnieniem wody. Im woda
jest bardziej wzburzona tym temperatura jest wyższa. Wyniki przedstawiono na rysunku nr 1.
Wzrost temperatury przy zmętnieniu wody
24,4
24,2
24,0
Temp. 0C
23,8
23,6
23,4
23,2
23,0
0
10
20
30
40
zmętnienie w [ %]
Rys. 2. Wzrost temperatury przy zmętnieniu wody.
Kamera termowizyjna posiada czułość detektora 0.070C w związku z czym wykryje zmiany
temperatur rzędu 0.10C. Wzrost temperatury mógł nastąpić na skutek przekazywania ciepła przez ciała
kąpiących się i intensywne promieniowanie słoneczne kumulujące się w płytkiej wodzie.
W innej części jez. Wulpińskiego, podczas penetracji jego brzegów natknięto się na zakopaną rurę
która wprowadzała ścieki z pobliskiego domu wczasowego. Aby potwierdzić nasze podejrzenia
postanowiono wykonać obserwacje tego obszaru kamerą termowizyjną – wynikiem tych badań jest
termogram nr 2. Na ty termogramie widoczne jest miejsce zanieczyszczenia. Jego temperatura
jest wyższa niż temperatura wody. Efektem podwyższonej temperatury jest wyższa kumulacja od
słońca
oraz
ścieki
o
podwyższonej
temperaturze.
Podczas
obozu
w
latach
ubiegłych
współpracowaliśmy z kołem naukowym Wydziału Ochrony Środowiska Uniwersytetu Warmińsko Mazurskiego. Koło to zajęło się badaniem składu chemicznego zanieczyszczeń wpływających do
jeziora. Wykryto w badanej substancji m.in. azotany, fosforany, fenole i detergenty.
Zanieczyszczenia
Rys. 3. Termogram jez. Wulpińskiego ze wskazaną powierzchnią zanieczyszczonej wody.
Rejestracja rzeki Łyny nastąpiła z pokładu płatowca w sierpniu o godzinie 10:58 Temperatura
powietrza w tym czasie wynosiła 24.0 0 C. Na termogramie tym widoczna jest rzeka Łyna i otaczające
ją tereny podmokłe, na których temperatura, w niektórych miejscach jest zbliżona do temperatury
wody w rzece. Obszar na tym termogramie obejmuje fragment zakładu przemysłowego, który
w naszych założeniach jest źródłem zanieczyszczenia rzeki. Należy dodać, że w tym czasie na
badanym obszarze trwała budowa drogi, podczas której wykryto zalegającą pod ziemią rurę
z zanieczyszczeniami odprowadzanymi do rzeki Łyny. Podczas lotu z kamerą termalną na pokładzie
zlokalizowano ją kamerę termowizyjną. W naszych założeniach przyjęto, że temperatura
zanieczyszczeń płynnych jest wyższa niż temperatura wody, do której te zanieczyszczenia wpływają.
Rys. 4. Termogram rzeki Łyny.
Jednak z naszych pomiarów wynika coś zupełnie innego – temperatura miejsca zrzutu zanieczyszczeń
jest niższa o 1,50C i wynosi: 13,8 0 C, gdzie temperatura wody wynosi 15,3 0 C. Przyczyną takiego
stanu rzeczy przypuszczalnie jest to, że rura ta znajduje się ok. 3m pod powierzchnią ziemi. W
związku z tym temperatura zanieczyszczeń zostaje obniżana podczas ich przepływu na długości ok.
200m.
5. WNIOSKI

Na podstawie opracowanych wyników badań stwierdzono że zobrazowania termowizyjne
mogą mieć zastosowanie do lokalizacji miejsc zanieczyszczeń wód

Podczas interpretacji termogramu obszary zanieczyszczone obszarów wodnych posiadają różną
temperaturę w stosunku do wody w zbiorniku.

Problemem jest jednoczesne rejestracja termowizyjna i pobór prób do analiz chemicznych

Zaletą metody jest szybkość penetracji i lokalizacji miejsc zanieczyszczonych oraz
porównywane efekty ekonomiczne w odniesieniu do metod bezpośrednich.

Wadą jest konieczność rejestracji i interpretacji wyników przez wysoko wyspecjalizowanych
pod względem interdyscyplinarności specjalistów z termowizji oraz nadal wysokie koszty
sprzętu rejestrującego.
LITERATURA
[1] A. Lubecki, J. Surowiec Lokalizacja granic w ekosystemach z wykorzystaniem
Termowizji. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji Vol. 11 Trzecia Międzynarodewa
Konferencja - Kataster, Fotogrametria, Geoinformatyka - Nowoczesne Technologie i Perspektywy
Rozwoju 26-28. 09 2001r. Kraków.
[2] .Lubecki A. Lokalizacja zanieczyszczeń rzek i jezior kamerą termowizyjną.
Komunikaty rybackie IRS 3/1996(32) (s.30-32) Olsztyn.
[3] Lubecki A., Więcek B. Thermal-Visual digital system in the image of area phenomena.
International Society for Photogrammetry and remote Sensing, XVIIIth Congres, Vienna, Austria 1996.
International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol.XXXI, part B1, com.I (s.116120).
[4] A.Lubecki, Z. Endler Quantity and Quality Analysis of Temperature Distribution in Ecosystems of
Inland Waters. 4th International Workshop on Advanced Infrared Technology and Applications.
Florencja-Włochy 1997.09.15-16.