Αναγνώριση βαθμού θολότητας μέσω τηλεπισκόπησης στον ποταμό Δούναβη

Αναγνώριση βαθμού θολότητας μέσω τηλεπισκόπησης στον ποταμό Δούναβη

Συγγραφέας : Milan Onderka

Τα αιωρούμενα σωματίδια και τα ιζήματα σε υδάτινο παίζουν σημαντικό ρόλο στηη απορρόφηση κάποιων στοιχείων όπως τα βαρέα μέταλλα, ωστόσο μπορεί να λειτουργήσουν και σαν πηγή απελευθερώνοντας  μέταλλα ανάλογα με τις φυσικοχημικές ιδιότητες του υδάτινου περιβάλλοντος. Είναι σημαντικό να γίνει κατανοητό πως μεταβάλουν τα τεχνητά έργα την φυσική μεταφορά των σωματιδίων. Στο συγκεκριμένο άρθρο γίνεται η περιγραφή χαρτογράφησης της χωρικής διαμόρφωσης των αιωρούμενων σωματιδίων σε υδάτινο περιβάλλον στο τμήμα του Δούναβη που βρίσκεται στην Σλοβακία. 
Δορυφορικές εικόνες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση αιωρούμενων σωματιδίων με την χρήση αλγόριθμων που βασίζονται στην ανάκλαση του ορατού και του έγγυς υπέρυθρου, λόγω της οπισθοσκέδασης των σωματιδίων. Διάφορα ερευνητικά προγράμματα που σχετίζονται με την ποιότητα νερού κάνουν συχνά δειγματοληψίες από την υδάτινη επιφάνεια και από ένα περιορισμένο αριθμό θέσεων και συνήθως μετά από μεγάλα χρονικά διαστήματα. Ωστόσο για την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων είναι χρήσιμα παλιά δεδομένα ποιότητας νερού.
Η εργασία επικεντρώνεται στην συγκέντρωση των σωματιδίων στο τμήμα του ποταμού Δούναβη που βρίσκεται στην Σλοβακία. Ο ποταμός Δούναβης έχει μήκος 2,857, έχει ετησί μέση απορροή του ποταμού από την Bratislava είναι 131,338 km2 και η μέση ετήσια παροχή είναι 2025 m3.  Ο μέσος όρος περιεχόμενων σωματιδίων στον ποταμό για το 2000 ήταν περίπου 95,6 kg s-1.
Ο ποταμός Δούναβης χωρίζεται σε 2 παραπόταμους, το ένα τροφοδοτεί το υδροηλεκτρικό  φράγμα στη περιοχή του Gabčíkovo ενώ το άλλο ακολουθεί την κανονική του πορεία. Το τμήμα του ποταμού που βρίσκεται εντός της Σλοβακίας έχει μήκος άνω των 250 μέτρων και έτσι καθίσταται κατάλληλο για την εξασφάλιση ικανοποιητικών ψηφίδων λαμβάνοντας υπ όψιν ότι η χωρική ανάλυση των εικόνων Landsat είναι 30 μέτρα.
Η δειγματοληψία πραγματοποιήθηκε από το Σλοβάκικο Ινστιτούτο Υδρομετεωρολογίας και έγιναν σε τρία μέρη: στην Bratislava, στο Medveďov και στο Komárno.Δείγματα επίσης συλλέχθηκαν και από την περιοχή ανάντη του φράγμτος. Οι περιοχές και τα σημεία επιλέχθηκαν καθώς επικρατούν διαφορετικές καταστάσεις ροής και αντιπροσωπεύουν μεγάλη έκταση. Οι μετρήσεις έδειξαν μεγάλες συγκεντρώσεις σωματιδίων στην Bratislava, ενώ μικρότερες συγκεντρώσεις ανιχνεύθηκαν στις άλλες περιοχές. Επίσης χαμηλότερες συγκεντρώσεις υπήρχαν ανάντη του φράγματος σε σύγκριση με το κύριο κανάλι. Αυτό το γεγονός οφείλεται στις υδροδυναμικές ιδιότητες της τεχνητής λίμνης που ευνοεί την δημιουργία ιζημάτων. Οι δειγματοληψίες έγιναν σχεδόν να ταυτόχρονα με την ώρα λήψης φωτογραφιών. Τα δείγματα αφού φιλτραριστήκαν σε  χάρτινα φίλτρα οπών 45 μ τα οποία είχαν ζυγιστεί. Στη συνέχεια τα φίλτρα ζυγίστηκαν ξανά και η διαφορά βάρους με την αρχική ήταν το βάρος των σωματιδίων .

Οι δορυφορικές εικόνες προήλθαν από τον Landsat 7 ETM και πραγματοποιήθηκαν με καιρό χωρίς νεφώσεις και έτσι  δεν χρειάστηκαν ατμοσφαιρικές διορθώσεις. Οι ψηφίδες στις εικόνες αντιπροσώπευαν τιμές ακτινοβολίας εκφρασμένες σε ψηφιακούς αριθμούς. Στην συνέχεια έγινε η μετατροπή αυτών σε διορθωμένες τιμές ακτινοβολίας μέσω της εξίσωσης :
L = (Gain * DN) + Offset                   (1)
Όπoυ L είναι η διορθωμένη τιμή ακτινοβολίας, DN οι ψηφιακές τιμές (0-255) offset είναι η βαθμονομημένη μετατόπιση του σένσορα και Gain είναι το βαθμονομημένο κέρδος του σένσορα. Έχει αναφερθεί ότι η συγκέντρωση σωματιδίων είναι μικρότερη των 50 mg L-1 , η ανάκλαση όλων των φασματικών καναλιών είναι σχετίζεται γραμμικά με την συγκέντρωση των σωματιδίων. Μέχρι τιν Αύγουστο του 2000 το έυρος της συγκέντρωσης των σωματιδίων ήταν 19.5 mg L-1 και 57.5 mg L-1 και αναμενόταν μια γραμμική εξάρτηση μεταξύ συγκέντρωσης σωματιδίων και ανάκλασης. Πέντε τιμές ψηφίδων γύρω από κάθε δείγμα υπολογίστηκαν και μετά χρησιμοποιήθηκαν για την διόρθωση. Μια γραμμική σχέση βρέθηκε μεταξύ την διορθωμένη τιμή ακτινοβολίας του κανάλιούεγγύς υπέρυθρου (ΤΜ 4) και της συγκέντρωσης των σωματιδίων που παρουσιάζεται στην εξίσωση 2
SPM(mg / L) = 4.17* L(ΤΜ4)- 43.22            (2)
N=10, R2=0.93
Για την μετατροπή των ψηφιακών τιμών σε συγκεντρώσεις σωματιδίων  χρησιμοποιήθηκαν οι εξισώσεις 1 και 2 στην υπολογιστική ενότητα του  προγράμματος ENVI 4.3. Ένας χάρτης των αιωρούμενων σωματιδίων σε υδάτινο περιβάλλον δημιουργήθηκε από το πρόγραμμα ENVI 4.3. Μέσω του χάρτη ήταν αντιληπτό ότι η συγκέντρωση των σωματιδίων ελαττωνόταν κατά μήκος του ποταμού.

[[Εικόνα:Περιοχή_μελέτης.JPG|thumb|right|περιοχή μελέτης]]

[[Εικόνα:Χαρτογράφηση_αιρούμενων_σωματιδίων_σε_υδάτινο_περιβάλλον_στον_ποταμό_Δούναβη,_Σλοβακία.JPG|thumb|right|Χαρτογράφηση θολότητας στον ποταμό Δούναβη, Σλοβακία]]

 [[category:Υδατικοί Πόροι]]