Modely
parametrů kvality vody na základě družicových dat
For machine translation (12
languages), click the flag on the top right of the page.
Experimentální
aplikace ve vývoji, výsledky bez záruky
Navigace: Hodnoty vs. kvalita
vody | Použití mapy | Výhody
a
omezení | Literatura
Poslední změny
29.9.2023
- Přidán model chlorofylu-a pro 27.9.2023. Díky trvajícím
teplým dnům koncentrace chlorofylu převážně stále mírně
stoupají a i na některých písnících se kvalita vody mírně
zhoršila (např. Mělice, Správčický písník). V mnoha případech
ovšem "strakatá" struktura rozložení chlorofylu na hladině
naznačuje, že by mohlo také částečně jít o vliv plovoucích
rostlin, nebo nějakého druhu prachu na hladině, což výsledky
může zkreslovat. U v předchozím záznamu popisovaných změn
koncentrací došlo na rybníku Rorzhrna k opětovnému nárůstu na
hodnoty podobné počátku měsíce, zatímco na Bohdanečském
rybníku pokračoval pozvolný pokles koncentrací. Na snímcích se
tentokrát v některých oblastech vyskytovala oblačnost, je tedy
také vhodné si ji při prohlížení koncentrací chlorofylu-a
zapnout a brát v potaz její možný vliv v blízkém okolí.
12.9.2023
- Přidány modely chlorofylu-a pro 5., 7., a 10.9.2023 (5. a
10. pokrývají jen polovinu oblasti levém lichoběžníku
červenými čarami). Díky krásnému babímu létu všechny prakticky
bez oblačnosti ve snímcích. Zatímco na většině vodních ploch
se koncentrace za toto krátké období pěti dní výrazně
neměnily, na jiných lze sledovat změny - např. na rybníku
Rozhrna východo severo východně od Lázní Bohdaneč se můžete
podívat na poměrně výrazný pokles koncentrací chlorofylu. O
něco méně výrazný pokles lze vidět i na nedalekém Bohdanečském
rybníku (který je ovšem celkově méně eutrofizovaný).
Pravděpodobně půjde o ukázku reakce sinic na nějaký vnější
podnět, který způsobil jejich migraci od hladiny do větších
hloubek.
- Zároveň byl nový model s označením TBDO1 2023 použit místo
předchozího experimentálního modelu zpětně pro celý rok 2023 a
také model RRN 2018 byl odstraněn. Postupně budou obdobně
zpětně upraveny i modely pro předchozí roky. Pouze pro datum
13.7.2023 byly ponechány všechny tři modely pro možnost
porovnání jejich výsledků a model RRN 2018 bude ze stejného
důvodu ponechán v modelech pro rok 2019.
29.8.2023
- Přidány modely chlorofylu-a pro den 23.8.2023. Letošní léto
bylo na čisté snímky Sentinel-2 poměrně chudé, použitelný
snímek se objevil po 13.7. až pro den 8.11, ale protože po
dovolené je již starý a také proto, že jde o snímek z dráhy
R022 pokrývající jen západní polovinu sledované oblasti,
zpětně přidávat jej teď nebudu, případně ještě později
společně s dalším modelem. Jak je vidět na příkladu níže
(model TBDO1 2023), koncentrace chlorofylu se zejména v
rybnících v průběhu léta zvýšily. Pokud ještě bude teplé
počasí, pravděpodobně bude pokračovat i tento trend, maxima
jsou dosahována zpravidla v září.
|
|
9.7.2023
|
23.8.2023
|
13.7.2023
(aktualizace 17.7. - přidán obrázek se srovnáním modelů)
- Nový model chlorofylu-a nazvaný v legendě TBDO1
2023. Model použit pro den 9.7.2023 společně s oběma
předchozími modely. Jde o model vytvořený pro publikaci, na
kterou bude po jejím zveřejnění přidán odkaz. Byl validován
kros-validací, podrobnosti budou v publikaci. Postupně i
zpětně nahradí model "Experimental 2022", v současné době jsou
pro den 9.7. v mapě oba modely, aby je bylo možné porovnat.
Jak lze vidět, jejich výstupy jsou velmi podobné, přestože
mají zcela odlišnou rovnici závislosti na kanálech družic
Sentinel-2 a jsou založené na dost odlišném počtu měření v
terénu (na druhou stranu oba jsou založeny na prediktoru TBDO,
ač v jiné jeho variantě). S přechodem na nový model budou
odstraněny také výsledky z modelu z roku 2018, protože nový
model je jednoznačně spolehlivější.
- Kvalita vody je pro den 9.7.2023 vesměs, až na některé,
většinou menší rybníky, stále velmi dobrá - dokonce se oproti
začátku června na řadě vodních ploch mírně zlepšila.
Srovnání tří použitývch modelů na
příkladu rybníků a písníků v okolí Lohenic (9.7.20223). Model
z r. 2018 oproti novějším nadhodnocuje vyšší hodnoty
koncentrací.
|
|
|
A. model RRN 2018 [1] |
B. model Experimental 2022
|
C. model TBDO1 2023
|
5.6.2023
- Přidán model pro den 4.6.2023. Hladiny se zřejmě vyčistily
od nečistot a model opět zobrazuje odpovídající koncentrace i
u písníků, ve kterých je kvalita vody vesměs stále vynikající,
pouze u těch nejstarších, nebo těch využívaných k
intenzivnějšímu chovu ryb lze již sledovat postupný nárůst
koncentrací chlorofylu-a. Pro příklad takového vývoje si v
mapě vyhledejte např. text "Kosičky, písník" a podívejte se na
vývoj koncentrací v písníku na západně od vyhledané autobusové
zastávky od března do teď podle jednoho z modelů. Model
RRN2018 pravděpodobně chlorofyl se stoupající koncentrací
nadhodnocuje, ale díky tomu jsou změny v čase zvýrazněny.
2.6.2023
- Přidán widget pro překlad textu služby gtranslate.io na
této stránce vpravo nahoře. Upraveny texty zde a v legendě
mapy reflektující tuto změnu a změnu ve způsobu zobrazení
odkazů na použité služby.
29.5.2023
- Přidány modely koncentrace chlorofylu-a pro květen, tj. pro
dny 5., 8., 25. a 28.5. Lze pozorovat zejména všeobecný nárůst
koncentrací chlorofylu mezi začátkem a koncem měsíce, přesto
kvalita vody v písnících je stále velmi dobrá. Navíc zobrazené
koncentrace mohou být v druhé polovině května u čistších vod
mírně nadhodnoceny povlakem pylu na hladině - podobné vlivy se
v zobrazení koncentrací projevují "krupičkovitou" strukturou
rozložení koncentrací. Obecně blíže realitě bývá v takových
případech nejnižší koncentrace, jaká odpovídá barvám zrn této
krupičky.
6.3.2023
- Přidány modely koncentrace chlorofylu-a pro dny 9.2. a 1.3
jako vůbec první použitelné modely v roce 2023. Opět ve dvou
variantách, jak bylo popsáno po přidání experimentální verze
modelu 19.8.2022 v popisu k modelům z minulého
roku. V tomto případě jsou u data 1.3. rozdíly mezi
variantami modelů u řady vodních ploch větší, než obvykle. Z
hlediska návaznosti na předchozí vývoj koncentrací se zdají
výsledky z nového modelu pravděpodobně bližší realitě.
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 µg/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 levým lichoběžníkem (vrstvy
mapy "Rozsah..."). Tyto oblasti jsou dány pokrytím území snímky z
družice Sentinel-2 v zájmovém regionu 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 Researchgate.
Postupy, kterými byly družicové snímky zpracovány a vytvořeny
modely jsou popsány v publikaci
[1]. V
mapách od srpna roku 2022 jsou pro každé datum dva modely,
označené "RRN2018" a "experimental_2022". První z nich je model
popsaný v publikaci
[1],
druhý je novější, ale dosud nepublikovaný a stále ne finální model
trénovaný na větším množství dat. Měl by být, zejména pro více
znečištěné/zakalené vody, přesnější, než starší model, který na
takových vodách odhady chlorofylu-a nadhodnocuje. V nejbližší době
bude nahrazen finálním ověřeným modelem a publikovány jeho
detaily.
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, či dosahuje limit znečištění II stupně,
nevhodná ke koupání.
- červená
až purpurová
- silně až extrémně znečištěná voda, zejména ve druhém případě
koupání představuje vážné zdravotní riziko
Každý model platí pouze pro daný den, mezi jednotlivými
zobrazenými daty se může situace postupně, ale i skokově měnit.
Záleží to především na počasí a reakci řas a sinic na jeho
změny.
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 [µg/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 sinic 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 fulltextovým 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 také odpovídající vrstvu oblačnosti, pokud je
pro dané datum dostupná. 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 - v jejím 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.
Srovnání situace v jedné oblasti pro dvě různá data: Je
samozřejmě možné se přiblížit pohybem v mapě na dané místo a
přepínáním modelů pro dvě data v seznamu vrstev (tyrkysová ikona
vpravo nahoře) porovnávat situaci. To však není možné, pokud
chcete srovnávat situaci v různých kalendářních letech a také
přepnutí vrstev není úplně okamžité, zejména pokud chcete zároveň
přepnout i vrstvu oblačnosti mezi jednotlivými daty - pro tyto
případy doporučuji použít následující postup s přepínáním dvou
panelů webového prohlížeče. Postup si popíšeme na příkladu, kdy
chceme porovnat situaci na Bohdanečském rybníku a okolních vodních
plochách v přibližně stejném období na začátku srpna let 2021 a
2022 na PC:
- Otevřete si mapu modelů pro rok 2022. Změna roku je možná
klepnutím na letopočet v legendě mapy.
- Najděte pomocí ikony lupy vlevo nahoře Bohdanečský rybník
tím, že jeho název vepíšete do políčka po kliknutí na lupu,
pak zvolte výsledek hledání - mapa se přiblíží na Bohdanečský
rybník
- Několika kliknutími myši na ikonu "minus" vlevo nahoře
oddalte mapu tak, aby zobrazovala požadovanou oblast s
okolními rybníky a písníky (v tomto případě 3x). Zapamatujte
si počet kliknutí.
- Pomocí ikony seznamu mapových vrstev vpravo nahoře si
zapněte model a oblačnost pro první srpnové datum roku 2022,
tj, pro 3.8.2022, ostatní vrstvy chlorofylu a oblačnosti
vypněte.
- Klikněte na letopočet 2022 v legendě mapy (otevře se nový
panel prohlížeče), pak přepněte na mapy pro rok 2021. Tím se
vám otevřou mapy pro rok 2021 v novém panelu.
- Postup v bodech 2-4 zopakujte v novém panelu s tím, že v
posledním kroku zobrazíte model pro první srpnové datum 2021,
tj. pro 13.8.2021
To je vše, nyní přepínáním mezi oběma panely můžete porovnávat
situaci v obou letech. Kromě koncentrací chlorofylu můžete
posoudit třeba také postup těžby štěrkopísku východně od Starých
Ždánic v severovýchodní části mapy, či který rybník zůstal v
roce 2022 nenapuštěný v oblasti západně od Lázní Bohdaneč.
Podrobněji k tomu jak správně mapy číst je shrnuto v kapitole Kdy modelu nelze zcela věřit a jak to
poznat níže.
Výhody a omezení družicového
monitoringu
Výhodou sledování kvality vody pomocí družic je především to,
že umožňuje 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
některých 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 a jak to poznat
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 poměrně 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. Je-li 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 může být
kvalita snímku zhoršená.
Spolehlivost výsledků mohou ovlivnit také různé plovoucí
nečistoty na hladině, jako je větší množství listí, na
jaře povlak pylu, zejména v období práce na polích různý
prach, případně koagulované kolonie řas, či vodní rostliny
dosahující k hladině. Ve všech těchto případech se to na
výsledném zobrazení koncentrací projeví skvrnitou nebo
zrnitou strukturou zobrazených koncentrací chlorofylu.
Vizuálně se pak čistší vody v průměru barví v mapě více do
zelena - nicméně i v těchto případech obvykle lze zjistit
poměrně dobrý odhad koncentrace chlorofylu-a ve vodě,
pokud se zaměříme na místa odpovídající nejnižším
koncentracím z této "mozaiky" na hladině.
Specifické jsou také zimní snímky. Např. na snímku ze
6.3.2021 byly části některých vodních ploch zamrzlé. Místa
rozpoznaného sněhu a ledu byla přidána do vrstvy
oblačnosti a na takto šedě označených částech vodních
ploch není chlorofyl vypočítán. Dobře je to vidět na v.n.
Rozkoš (východní část). Oblasti tenkého nebo tajícího ledu
na okraji těchto míst jsou ale rozpoznány jako voda a tím
pádem je na nich chlorofyl vypočítán. V těchto místech
zřejmě budou vypočtené hodnoty nespolehlivé. Toto bude
platit i pro další zimní snímky.
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
oblačnosti), 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 a
družicových dat z družice Sentinel-2 autorem
[1].
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