«Хорошее качество воды имеет огромное значение для общества. Но высокие концентрации загрязняющих веществ угрожают питьевым водным ресурсам, защитным зонам или аквафармам во всем мире. В частности, цветение цианобактерий может выделять токсичные вещества, опасные для человека и экосистемы», — говорит доктор. Андреас Гольбах, который вместе с профессором Стефаном Норра координирует проект сотрудничества WAQUAVID в KIT.
Норра отмечает, что традиционные стратегии мониторинга часто основаны на множестве независимо действующих сенсорных систем. Это усугубляет и замедляет комплексную оценку данных. «Мы должны быстро и комплексно определить состояние водоема, чтобы иметь возможность напрямую принимать эффективные меры противодействия», — подчеркивает Норра.WAQUAVID нацелен на разработку инновационного мультисенсорного буя для измерения профиля глубины.
Водные объекты часто неоднородно перемешаны, но имеют стратификацию физических, химических и биологических параметров, зависящую от глубины. Новая мультисенсорная система будет определять качество воды на разной глубине. На основе этого профиля глубины водных объектов возможен всесторонний анализ процессов, влияющих на качество воды.
Буй будет использоваться для измерения ряда параметров, таких как температура, концентрация кислорода, содержание водорослей и парниковые газы, в интересующей точке (на месте), а также для дистанционного отбора проб воды. Этот метод измерения очень точен, но ограничен в некоторых местах. Для изучения более крупных акваторий исследователи дополнительно используют данные гиперспектрального дистанционного зондирования: самолеты, такие как дроны, самолеты или спутники, записывают спектральные данные, например характеристики отраженного излучения, воды, взвешенных частиц, водорослей и других веществ с очень высокой чувствительностью.
Используя специальные алгоритмы оценки, можно получить параметры для описания, вместе с данными буев, состояния протяженных водных поверхностей с высоким пространственным разрешением. Таким образом, гиперспектральная камера представляет собой интерфейс между локальным мониторингом на месте и дистанционным зондированием водных объектов на больших площадях. Группа KIT по экологической минералогии и анализу экологических систем (ENMINSA) — совместная группа Института прикладных наук о Земле и Института географии и геоэкологии — и Институт фотограмметрии и дистанционного зондирования (IPF) сотрудничают с компаниями ADM Elektronik (ADM ) и bbe Moldaenke (bbe).
Питание мультисенсорной системы осуществляется от энергии ветра и солнечных батарей. Система измерения совмещена с датчиками CO2 и метана, системами отбора проб и анализа направления потока, а также метеорологической измерительной станцией.
Параллельно с этим новые методы интегрированы в «флуорозонд» bbe, который измеряет фотосинтетическую активность различных водорослей. На основе измерения фикоцианина, пигмента, участвующего в фотосинтезе, могут быть сделаны ранние предупреждения о токсичных веществах цианобактерий. Более того, ученые могут использовать дифференцированные измерения водорослей для калибровки и проверки инструментов дистанционного зондирования для измерения данных о площади водных объектов.В будущем планируется использовать систему мониторинга в сочетании с дистанционным зондированием для мониторинга качества воды на национальном, европейском и международном уровнях.
Можно будет анализировать экологическое состояние водных объектов на месте и в режиме онлайн. Таким образом, ответственные органы и компании получат возможность принимать адекватные и быстрые решения по защите качества воды и водных экосистем.
Проект сотрудничества "Entwicklung einer Tiefenprofilmessboje zur in situ und online Multisensoruberwachung der Wasserqualitat, Algenvitalitat und -diversitat (WAQUAVID)" (Разработка буя для измерения профиля глубины для in-situ и онлайн-мультисенсорного мониторинга качества воды, жизнеспособности водорослей и разнообразие) финансируется Федеральным министерством образования и науки (BMBF). Это часть финансирования инициативы «КМУ-инноватив», направления «Устойчивое управление водными ресурсами», технологического направления «Эффективное использование ресурсов и защита климата».