Modely
parametrů kvality vody na základě družicových dat
Experimentální
aplikace ve vývoji, výsledky bez záruky
Poslední
změny
11.2.2021
- Přidána mapa chlorofylu z 31.12.2020. Do konce roku 2020 od
posledního modelu z 22.9. jde o jediný relativně použitelný
snímek, zbytek byl vždy zakryt oblačností. Další šťastnou
okolností je, že vodní plochy nebyly zrovna zamrzlé.
Koncentrace chlorofylu jsou podle očekávání v zimním období
převážně velmi nízké - otužileckému koupání zdar. ;)
I silvestrovský snímek ovšem má pokrytí oblačností téměř
50% a jde o oblačnost na okrajích roztrhanou do mnoha malých
shluků, včetně oblasti v okolí Pardubic. Taková oblačnost a
její stíny zhoršují kvalitu atmosférické korekce snímků,
protože maska oblačnosti automaticky vytvořená v průběhu
této korekce byla velmi nepřesná a další kroky korekce jsou
na ní závislé. Pro výpočet mapy chlorofylu byl využit snímek
dodatečně korigovaný metodou popsanou v [1],
tak jako u většiny ostatních map z tohoto roku, ale pro tuto
korekci bylo třeba vytvořit přesnější masku oblačnosti,
jejích stínů a také sněhové pokrývky. Ta byla vytvořena
pomocí řízené klasifikace s využitím kanálů družicového
snímku transformovaných analýzou principiálních komponent. V
mapě viditelná vrstva oblačnosti je vytvořena také z výstupu
tohoto postupu, ovšem bez maskování zasněžených oblastí.
Použitá metoda vykazuje oproti automaticky generovaným mapám
použitých u ostatních snímků velmi malou chybovost ve smyslu
nedetekovaných mraků a jejich stínů (omission error), ovšem
vyšší podíl falešně pozitivně detekovaných plošek stínů
(commision error). To v ničem nevadí pro použití ve zmíněné
korekci, ale může být poněkud zavádějící při hodnocení, zda
mapa chlorofylu je, či není, ovlivněna blízkou oblačností.
Celé je to ještě zvýrazněno tím, že použitá metoda byla tak
citlivá, že detekovala i stíny stromů na okraji lesa atp.
Toto je velmi pravděpodobně poslední aktualizace map z r.
2020. Až vznikne použitelný družicový snímek, bude založena
nová sada map pro rok 2021.
2.11.2020
- Zpětně doplněny mapy chlorofylu pro modely z 28.8.2020 a
15.9.2020. Poslední model je stále z 22.9.2020.
Čeká se na relativně bezoblačný snímek pro přidání
novějšího modelu. V tomto je podzimní období zatím díky
velké oblačnosti nepříznivé. Možná si vzpomínáte na
několik málo poměrně hezkých dnů po 22.9., tyto podmínky ale
bohužel dosud nastaly vždy v jiný den nebo čas, než kdy
snímala družice. V plánu je ale stále v tomto a následujícím
roce pokrýt v rámci možností celý podzim i zimu.
Navigace:
Nahoru
|
Hodnoty vs.
kvalita vody |
Použití
mapy |
Výhody
a omezení |
Literatura
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].
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 rozvoji řas díky obsahu rostlinných
nutrientů 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."
Další zhoršování kvality vody je znázorněno zelenou
barvou a při dosažení limitu II.
stupně (žlutá) jde
o vodu vyloženě 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 vyrážky
[3] a jsou zdokumentovány i případy akutní
otravy a dokonce úhynu hospodářských zvířat od vody s extrémně
vysokým obsahem sinic (zvířata pravděpodobně vodu i pila, ale
toxiny prochází do těla také pokožkou)
[4] [5].
Navigace:
Nahoru
|
Hodnoty vs.
kvalita vody |
Použití
mapy |
Výhody
a omezení |
Literatura
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 aktivujte vrstvu s datem modelu,
které vás zajímá a případně také odpovídající vrstvu oblačnosti.
Vždy mějte zapnutou pouze jednu vrstvu vypočtených koncentrací
chlorofylu a oblačnosti, pokud nechcete míchat hodnoty z
několika různých dat (někdy to může být žádoucí, pokud třeba
novější data nepokrývají celou oblast, ale hůř se pak např.
určují místa ovlivněná oblačností, viz dále). Podle barevné
škály v legendě vidíte náhled celkového stavu, vhodný například
pro rychlé vizuální porovnání vodních ploch v okolí zvoleného
místa. Pro každé datum modelu je dostupná také mapa oblačnosti.
Je to proto, že výsledky z vodních ploch, které částečně
zakrývá, nebo je v jejich těsné blízkosti mohou být výrazně
zkreslené, proto sledujte "šedé skvrny" a v jejich okolí
výsledkům příliš nevěřte.
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.
Na mobilních zařízeních bývá na obrazovce trochu těsno, pak
se vyplatí skrýt tlačítkem
Legenda legendu. I v tom
případě ale je nutné při pohybu v mapě tažení prstem zahájit mimo
oblast, kterou legenda pokrývala.
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 v uvedeném zájmovém území je více než 1500 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. V neposlední
řadě pak lze sledovat pouze některé parametry kvality vody (v
této chvíli chlorofyl-a, další (např. průhlednost, teplota)
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 mapovou vrstvu ve
snímku rozpoznané oblačnosti a jejích stínů (tyto oblasti jsou
v mapě šedé),
pokud nebylo zcela jasno. Pokud je taková oblačnost velmi
blízko vodní plochy, nebo dokonce zakrývá její část, lze
předpokládat sníženou spolehlivost výsledků pro celou tuto
vodní plochu. 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.
Navigace:
Nahoru
|
Hodnoty vs.
kvalita vody |
Použití
mapy |
Výhody
a omezení |
Literatura
Chybějící a nadbytečné 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 (která ne vždy je vidět ve vrstvě
oblašnosti), zamrzlá, vypuštěná, nebo zarostlá vegetací. Nebo
může být také příliš malá, spolehlivě jsou rozpoznány vodní
plochy o rozměrech okolo 50m a více, např. většina vodních toků
kromě největších řek u nás je příliš úzká.
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. Naopak např. po silných deštích nebo po povodních
může být družicí zachycena a modelem zpracována zatopená oblast
nebo velká louže, takže ne všechny neobvyklé vodní plochy musí
být nutně chybou.
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.
Tomáš Brunclík
Univerzita Pardubice, FCHT
Ústav
environmentálního a chemického inženýrství
Navigace:
Nahoru
|
Hodnoty vs.
kvalita vody |
Použití
mapy |
Výhody
a omezení |
Literatura
- T. Brunclík, K. a. B. Danquah,
Relativní radiometrická normalizace pro monitoring
chlorofylu-a ve vodách pomocí družice Sentinel-2, Chemické
listy. 112 (2018) 866–869. https://www.chemicke-listy.cz/ojs3/index.php/chemicke-listy/article/view/3244
- VYHLÁŠKA ze dne 10. srpna 2011 o
stanovení hygienických požadavků na koupaliště, sauny a
hygienické limity písku v pískovištích venkovních hracích
ploch, 2011. https://aplikace.mvcr.cz/sbirka-zakonu/ViewFile.aspx?type=z&id=23128.
- M. Chvátalová, P. Pumann, F. Kožíšek,
a H. Jeligová, „Onemocnění z přírodních koupacích vod v
české republice", in Sborník konference
Vodárenská biologie, Praha, 2013. https://www.szu.cz/uploads/documents/chzp/voda/pdf/VB2013_nemoci_www.pdf.
- R. Linville, N. Butler, a B.
Washburn, „MICROCYSTINS: A Brief Overview of their Toxicity
and Effects, with Special Reference to fish, Wildlife and
Livestock", 2009. https://www.cityofwatsonville.org/DocumentCenter/View/1926/OEHHA-Guidance-Microcystins-PDF
- B. Maršálek, Vliv toxinů sinic na
teplokrevné obratlovce a člověka. Živa. 5 (2004) 198-199. https://ziva.avcr.cz/2004-5/vliv-toxinu-sinic-na-teplokrevne-obratlovce-a-cloveka.html