Modely
parametrů kvality vody na základě družicových dat
Experimentální
aplikace ve vývoji, výsledky bez záruky
Poslední
změna
25.9.2019
- Přidán model z 21.9.2019.
5.9.2019
- Přidán
model ze dne 3.9.2019, nově spolu s mapou oblačnosti. Mapu
oblačnosti lze zapnout v seznamu vrstev, ve výchozím stavu
není viditelná.
Co mapa zobrazuje
Tato mapa zobrazuje parametr kvality vody chlorofyl-a na
základě modelu
[1] vytvořeného z družicových
snímků družice
Sentinel-2 ESA/Copernicus.
Jak mapu interpretovat si přečtěte níže. Každá mapová vrstva
modelu zobrazuje rozložení koncentraci chlorofylu-a při hladině
vodní plochy pro daný den v jednotkách ug/l. Postupně budu
přidávat další mapy, takže bude možné si udělat představu o vývoji
kvality vody v průběhu roku. Sledovaná oblast je přibližně
vymezena červeným obdélníkem, případně lichoběžníkem (vrstvy mapy
"Rozsah..."), které jsou dány pokrytím území snímky z družice
Sentinel-2 v zájmové oblasti cca 100x100 km se středem mezi
Pardubicemi a Hradcem Králové (převážně východní Čechy). Modely
lze ovšem aplikovat na širším území, toto je jen ukázka.
Jde o výsledky výzkumu, o kterém se další podrobnosti případně
dozvíte v
materiálech na mém profilu. Postupy, kterými
byly družicové snímky zpracovány a vytvořeny modely jsou popsány v
publikaci
[1].
Použití mapy
Najděte si na mapě vodní plochu, která vás zajímá a přibližte
si ji. To lze udělat také vyhledáním názvu vodní plochy, blízké
obce či jiného objektu pomocí ikony lupy v levé horní oblasti
mapy.
Pomocí ikony vpravo nahoře pod nadpisem aktivujte vrstvu s datem
modelu, které vás zajímá a případně také odpovídající vrstvu
oblačnosti. Ostatní vrstvy koncentrací chlorofylu vypněte. Podle
barevné škály v legendě vidíte náhled celkového stavu, vhodný
například pro rychlé vizuální porovnání vodních ploch v okolí
zvoleného místa. Pokud je dostupná také mapa oblačnosti, je to
proto, že jí bylo v daném termínu více a mohla ovlivnit výsledky z
vodních ploch, které částečně zakrývá, nebo je v její těsné
blízkosti.
Pohyb v mapě je možný běžným způsobem tažením myší,
přibližování a vzdalování nejen ovládacími tlačítky + a -, ale
také kolečkem myši či obvyklými gesty na dotykové obrazovce.
Hodnoty chlorofylu-a vs.
kvalita vody
Pokud se nechcete zabývat podrobnostmi, z hlediska obsahu
chlorofylu-a zjednodušeně a bez
záruky platí:
- tmavomodrá barva -
vynikající až velmi dobrá kvalita vody ke koupání
- azurová - zhoršená kvalita vody, koupání
možné mimo velmi citlivých osob. Doporučuje se po koupání
osprchovat.
- zelená - zhoršená kvalita
vody, koupání se nedoporučuje
- žlutá
- voda se blíží limitu znečištění II stupně, nevhodná ke
koupání.
- červená
až purpurová
- silně až extrémně znečištěná voda, zejména ve druhém případě
koupání představuje vážné zdravotní riziko
A nyní trochu podrobněji:
Je třeba si uvědomit, že chlorofyl-a je sice důležitým, nicméně
nikoli jediným parametrem kvality vody. Dále, že hodnoty jsou
výsledkem modelu a nikoli měření. Také to, že jde o situaci v
jedné chvíli daného dne (kolem poledne letního času) a zejména při
prudkých změnách počasí se koncentrace chlorofylu-a (a zejména
zastoupení některých sinic) u hladiny mohou rychle měnit.
Chlorofyl-a je parametrem kvality vody vypovídajícím o celkovém
znečištění rostlinnými nutrienty a zároveň nepřímým indikátorem
rizika zvýšeného výskytu sinic a jejich toxinů a s tím spojených
možných zdravotních rizik při koupání i jiném využití vody.
Nicméně nízký obsah chlorofylu nezaručuje, že voda neobsahuje
např. koliformní bakterie a naopak vysoký obsah chlorofylu nemusí
nutně ještě znamenat vysoký výskyt škodlivých sinic, i když ve
většině případů tomu tak je. Při vědomí toho pak lze vyjít ze
stupnice znečištění vody ke koupání z hlediska obsahu chlorofylu-a
ve vyhlášce
[2]:
Stupeň znečištění
|
I. stupeň |
II. stupeň |
III. stupeň |
| Chlorofyl-a [ug/l] |
10 |
50 |
100 |
Této stupnici je přizpůsobena barevná škála znázorňující
koncentrace chlorofylu-a v mapě. Voda vhodná ke koupání by neměla překročit limit I. stupně
znečištění (tmavomodrá barva v mapě), při jeho překročení (azurová)
jde již o zhoršené vlastnosti vody, kdy platí:
"Mírně zvýšená
pravděpodobnost vzniku zdravotních problémů při vodní rekreaci,
u některých vnímavých jedinců by se již mohly vyskytnout
zdravotní obtíže, po koupání se doporučuje osprchovat."
Při dosažení limitu II. stupně
(žlutá)
jde o vodu nevhodnou ke koupání:
"Voda neodpovídá hygienickým
požadavkům a pro uživatele
představuje zdravotní riziko, koupání a provozování
vodních sportů nelze
doporučit zejména pro děti, těhotné ženy, osoby trpící alergií a osoby s oslabeným
imunitním systémem."
až po vodu s překročením
limitu III. stupně (červená
až purpurová),
zákaz koupání:
"Voda neodpovídá hygienickým
požadavkům a hrozí akutní poškození zdraví, vyhlašuje se zákaz
koupání."
Považuji za vhodné dodat, že v případě extrémního rozvoje sinic
se zdravotními riziky rozhodně nemyslí jen možnost nějaké vyrážky
- jsou zdokumentovány např. i případy akutní otravy a úhynu zvířat
od silně znečištěné vody (pravděpodobně zvířata vodu i pila, ale
toxiny prochází do těla také pokožkou)
[3].
Výhody a omezení družicového
monitoringu
Výhodou sledování kvality vody pomocí družic je především to,
že umožňují sledovat velký počet vodních ploch najednou -
prakticky všechny vodní plochy o rozměrech řádově od asi 50x50 m
a větších v daném území. To by klasickým monitoringem s odběrem
vzorků a jejich analýzou nebylo z kapacitních důvodů vůbec možné
(jen ve uvedeném zájmovém území je více než 1000 takových
vodních ploch).
Je třeba si však uvědomit též omezení - především jde o
model, jehož přesnost je obecně nižší, než u přímého měření a v
ojedinělých případech může snížená kvalita družicového snímku v
daném místě způsobit její další zhoršení. Dále je monitoring
silně závislý na počasí a zejména oblačnosti - v obdobích, kdy
je převážně zataženo, nemusí být monitoring možný vůbec, a i při
poměrně jasné obloze se sem-tam nějakým mrakem vodní
plochy jím zakryté, nebudou ve výsledcích obsaženy. Dále za
jasného počasí družice sice "vidí" všechny dostatečně velké
vodní plochy, ale do výsledků se dostanou pouze plochy zmapované
v použité vektorové mapě - pokud Vás zajímá vodní plocha, která
se ve výsledcích systematicky neobjevuje, mohu ji do mapy na
žádost doplnit. V neposlední řadě pak lze sledovat pouze některé
parametry kvality vody (v této chvíli chlorofyl-a, další budou
přidány později).
Kdy modelu nelze zcela věřit
Přesnost modelu koncentrací chlorofylu je různá podle kvality
družicového snímku, ze kterého byl vytvořen. Pokud byl snímek
pořízen za zcela jasného počasí při vysoké dohlednosti, jsou
výsledky relativně přesné a spolehlivé v celé ploše mapy.
Bohužel, takové podmínky u nás nastávají velmi zřídka,
většinou se vyskytuje alespoň lokální či rozptýlená vysoká
oblačnost a ta může výsledky ovlivnit. Míra tohoto ovlivnění
je nejvyšší v blízkém okolí této oblačnosti - proto od modelu
pro datum 3.9.2019 přidávám do mapy také mapu ve snímku
rozpoznané oblačnosti a jejích stínů, pokud nebylo zcela
jasno. Pokud je taková oblačnost velmi blízko vodní plochy,
nebo dokonce zakrývá její část, lze předpokládat sníženou
spolehlivost výsledků i pro zbytek vodní plochy. Spolehlivost
výsledků může být nižší u snímku s pokrytím jen poloviny
zájmové oblasti také v okolí východního okraje zobrazované
oblasti (vymezené šikmou linií červeného lichoběžníku mapové
vrstvy Rozsah/Extent R022),
protože v pásu asi 1km u tohoto východního okraje je
kvalita snímku zhoršená.
Použitá data
Modely byly vytvořeny
na základě vlastních odběrů a analýzy vzorků vod autorem
[1] a družicových dat z družice Sentinel-2.
Družicová data jsou
volně
dostupná komukoli v rámci projektu
ESA/Copernicus.
Chybějící vodní plochy
Pokud chybí nějaká Vám známá vodní plocha celá, nebo její
podstatná část, je to proto, že byla v době přeletu družice
zakryta oblačností (v zimě též ledem), vypuštěná, nebo zarostlá
vegetací. Zájmová oblast je pokryta dvěma drahami přeletu družice
Sentinel-2, přičemž jedna z těchto drah pokrývá pouze západní
polovinu zájmové oblasti. Pokrytí snímkem je vyznačeno dvěma
mapovými vrstvami, v mapě je pokrytá oblast viditelná jako tenkou
červenou čarou vykreslený obdélník, či lichoběžník. Na snímcích
pokrytých částečně oblačností se mohou vyskytnout místa s
barevnou oblastí vypočtených hodnot chlorofylu i tam, kde není
žádná vodní plocha - jde zpravidla o stín mraku nesprávně
rozpoznaný jako vodní plocha algoritmem pro zpracování družicového
snímku. Tomu se nedá na 100% zabránit, ale při zapnutí vrstvy
oblačnosti je zpravidla zřejmé, která místa to jsou, bývají na
okraji správně rozpoznané oblasti oblačnosti.
Tomáš Brunclík
Univerzita Pardubice, FCHT
Ústav
environmentálního a chemického inženýrství
Literatura