In de stad São Paulo, Brazilië, de Tietê-rivier is vervuild door een enorme hoeveelheid afval, voornamelijk huishoudelijk afvalwater, maar hoe verder het naar binnen loopt, hoe beter de kwaliteit van het water wordt. Het is veel minder duister bij Barra Bonita, 294 km van São Paulo, en transparant bij Buritama (546 km).

Een onderzoek door Braziliaanse onderzoekers van de São Paulo State University (UNESP) in Presidente Prudente en São José dos Campos toont aan dat deze verandering in waterkwaliteit als de rivier de staat doorkruist, te wijten is aan filtratie door een reeks dammen onderweg. de 1, 100 km Tietê stijgt in de buurt van de kust, gaat door de hoofdstad van de staat en stroomt door naar de westelijke grens van São Paulo, waar het samenkomt met de Paraná, een zijrivier van de Plata. Het Barra Bonita-reservoir houdt een deel van de algen vast die zich voeden met stikstof en fosfor in het riool. Met minder van deze organismen, de rivier stroomt door de turbines naar de volgende set dammen, waar het opnieuw wordt gefilterd.

Zoals de studie laat zien, filtratie van de Tietê door deze reeks dammen zorgt voor meer licht in het water, die zuurstofrijk is en meer organisch materiaal van verontreinigende stoffen omzet in anorganisch materiaal, wordt uiteindelijk transparant. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Water .

"We tonen aan dat de waterkwaliteit van Tietê gestaag verbetert dankzij deze reservoircascade, waarbij de blootstelling aan vervuiling door huishoudelijk afvalwater afneemt naarmate de rivier wegstroomt van de hoofdstad, " zei Enner Herênio de Alcântara, een professor aan UNESP in São José dos Campos en een van de auteurs van de studie.

"Van het ene reservoir naar het andere, de samenstelling van de organische en anorganische stof in de rivier verandert. Dit beïnvloedt de lichtabsorptie in elk reservoir, " vertelde Alcântara.

De onderzoekers analyseerden de lichtabsorptie-eigenschappen van het water in vier van de zes reservoirs waaruit de Tietê-damcascade bestaat:Barra Bonita, Bariri, Ibitinga en Nova Avanhandava. Deze reservoirs zijn goed voor meer dan 90 procent van de waterkracht die door de cascade wordt opgewekt.

Chemische samenstelling en troebelheid variëren afhankelijk van het type verontreiniging. Barra Bonita en Bariri zijn eutroof - vol algen, hypoxisch en troebel. Ibitinga (349 km van de stad São Paulo) is mesotroof, met een gemiddelde hoeveelheid vegetatie en met matig helder water. Het Nova-Avanhandava-reservoir in Buritama is oligotroof, met een lage algenproductie en transparant water.

De onderzoekers analyseerden watermonsters die tijdens veldwerk werden verzameld om de niveaus van organische en anorganische fijnstof te meten.

Hun bevindingen tonen aan dat het Barra Bonita-reservoir een grote hoeveelheid algen (fytoplankton), terwijl hoge niveaus van opgeloste organische koolstof kenmerkend zijn voor Bariri en Ibitinga. Deze twee reservoirs vertoonden ook binnen een bepaald jaar een grote variabiliteit in de deeltjessamenstelling tussen organisch en anorganisch, afhankelijk van de periode, in overeenstemming met veranderingen in lichtabsorptie gemeten tijdens de analyse. Anorganisch materiaal - mineralen en niet-koolzuurhoudende verbindingen - overheerst in het stroomafwaartse gedeelte van Nova Avanhandava.

Deze materialen absorberen licht op verschillende golflengten. De absorptie varieert in intensiteit afhankelijk van de concentratie van optisch actieve componenten die in het water aanwezig zijn. Naast het absorberen van licht, ze verspreiden het ook. Het evenwicht tussen de hoeveelheid geabsorbeerd licht en de hoeveelheid verstrooid door deze materialen wordt weerspiegeld in de variaties in de kleur van het water van Tietê.

fytoplankton, bijvoorbeeld, absorberen meer energie in de blauwe en rode golflengten, en veel minder in het groen, veroorzaakt meer verstrooiing bij deze golflengte. Daarom is het water in reservoirs met grote hoeveelheden fytoplankton donkergroen, legden de onderzoekers uit.

"We ontdekten dat de totale lichtabsorptiecapaciteit van de reservoirs het vervuilingsniveau vrij nauwkeurig weerspiegelde. De krachtige groei van fytoplankton als gevolg van intense eutrofiëring interfereerde het meest met de lichtabsorptie in de reservoirs die het dichtst bij São Paulo liggen, bijvoorbeeld, ' zei Alcântara.

Satellietbewaking

De resultaten van de studie zullen bijdragen aan de ontwikkeling van nieuwe wiskundige en statistische modellen die kunnen worden gebruikt om de waterkwaliteit in het Tietê-cascadereservoirsysteem te schatten en te monitoren via satellietbeeldvorming, voegde Alcântara toe.

Vanwege de variabiliteit van de lichtabsorptie in deze reservoirs, een wiskundig model moet nog worden ontwikkeld om nauwkeurige meting van de waterkwaliteitsparameters voor het hele systeem te garanderen.

"De reservoirs bevatten veel vervuiling, met grote hoeveelheden waterplanten, bijvoorbeeld, dus de signalen die door de sensor op Landsat-8 in de ruimte worden geregistreerd, raken verzadigd. Als resultaat, het model hapert uiteindelijk en geeft onjuiste informatie, " hij legde uit.

Landsat-8 is de achtste satelliet in het NASA-USGS Landsat Earth-observatieprogramma, en de zevende om de baan met succes te bereiken. De ingebouwde sensor voor zijn Operational Land Imager (OLI) stelt hem in staat om beelden op verschillende golflengten op te nemen.

De organische en anorganische materialen die op of nabij het reservoiroppervlak aanwezig zijn, reflecteren zonnestraling op specifieke golflengten terug naar de sensor. Als resultaat, hun verspreiding in het reservoir kan worden geschat met behulp van deze afbeeldingen.

Wanneer het wiskundige model voor variaties in lichtabsorptie wordt toegepast op de oppervlaktereflectieparameters verkregen uit de afbeeldingen, het is mogelijk om de niveaus van organische en anorganische stof in het water te schatten, en daarmee de transparantie.

"Het Landsat-programma heeft sinds de jaren zeventig beelden geproduceerd. Zodra we het door onze groep ontwikkelde wiskundige model hebben gevalideerd, we zullen in staat zijn om waterkwaliteitsindicatoren te verkrijgen voor het hele Tietê-reservoirsysteem in de afgelopen 40 jaar of zo, ' zei Alcântara.

"Op basis hiervan zal het mogelijk zijn om het proces van verslechtering van de waterkwaliteit van Tietê in de afgelopen decennia te begrijpen."