Wasserüberwachung der Flüsse Weihe, Jinghe und Bahe rund um die Kreise Lantian und Jingyang, Provinz Shaanxi

Die Überwachung der Gewässerökologie von Flüssen und Seen ist seit jeher ein wichtiges Anliegen der Menschheit. Im Vergleich zu traditionellen Überwachungsmethoden zeichnet sich die Satellitenfernerkundung durch ihre makroskopische, effiziente und wirtschaftliche Natur aus und bietet erhebliche Vorteile bei der Erfassung langfristiger, großflächiger räumlicher und zeitlicher Veränderungen der Gewässerökologie von Flüssen und Seen. Sie findet daher in vielen Bereichen breite Anwendung.

Prinzip der hyperspektralen Wasserüberwachung

Die Hyperspektraltechnologie ist ein hochentwickeltes Verfahren zur Erfassung und Analyse spektraler Informationen von Objekten mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung. Durch die punktuelle Erfassung spektraler Daten kann sie die charakteristischen spektralen Merkmale von Objekten an verschiedenen Positionen erkennen. Da jede Substanz bei unterschiedlichen Wellenlängen einzigartige Absorptions-, Reflexions- und Streueigenschaften aufweist, ermöglicht die Hyperspektraltechnologie die Erkennung und Unterscheidung von Substanzen durch die Analyse dieser spektralen Merkmale.
Im Vergleich zu herkömmlichen Fernerkundungsverfahren liefert die Hyperspektraltechnologie daher umfassendere und detailliertere Spektralinformationen und ermöglicht so die Unterscheidung visuell nicht unterscheidbarer Substanzen. Durch die Analyse und Verarbeitung großer Mengen an Spektraldaten kann sie zur Identifizierung und Untersuchung von Gewässern eingesetzt werden.

Anwendung der Hyperspektraltechnologie in der Wasserüberwachung

Die Hyperspektraltechnologie bietet ein breites Anwendungsspektrum bei der Überwachung der Wasserqualität und liefert detaillierte Informationen zur Wasserqualität sowie eine umfassendere Analyse von Gewässern.
1. Schätzung von Wasserqualitätsparametern: Durch die Analyse der spektralen Eigenschaften von Gewässern kann die Hyperspektraltechnologie Rückschlüsse auf die Konzentration von Wasserqualitätsparametern wie der Konzentration suspendierter Feststoffe, dem Chlorophyllgehalt und der Konzentration gelöster organischer Stoffe ziehen.
2. Klassifizierung von Gewässern: Verschiedene Gewässertypen weisen unterschiedliche spektrale Eigenschaften auf. Hyperspektrale Technologien können durch die Analyse von Spektraldaten verschiedene Gewässertypen wie Flüsse, Seen und Ozeane identifizieren und unterscheiden.
3. Überwachung von Wasserverschmutzungen: Hyperspektrale Technologie kann zur Überwachung von Schadstoffen in Gewässern eingesetzt werden, beispielsweise von Schwermetallen, organischen Stoffen und Schwebstoffen. Verschiedene Schadstoffe weisen in ihren Spektren einzigartige Absorptions- oder Reflexionseigenschaften auf. Durch die Analyse der Spektraldaten lassen sich das Vorhandensein und die Konzentration der Schadstoffe bestimmen.
4. Überwachung von Algenblüten: Hyperspektrale Technologien ermöglichen die Erkennung von Algenblüten in Gewässern. Algen enthalten Chlorophyll, und ihre spezifischen spektralen Eigenschaften können mithilfe hyperspektraler Technologien erfasst und analysiert werden. Dies ermöglicht die Überwachung und Frühwarnung vor Algenblüten.
5. Wassertransparenz und -trübung: Durch die Analyse der Reflexions- und Streueigenschaften in hyperspektralen Daten lassen sich die Transparenz und Trübung von Gewässern ableiten. Diese Parameter sind entscheidend für die Beurteilung der Klarheit und Trübung von Gewässern.

Einführung in das Wasserüberwachungsprojekt

Xi’an, im geografischen Zentrum Chinas gelegen, ist seit der Antike als „Chang’an, umgeben von acht Flüssen“ bekannt. Diese acht Flüsse – Wei, Jing, Feng, Lao, Yu, Hao, Chan und Ba – fließen um die Stadt Xi’an und gehören alle zum Gelben-Fluss-System. Das Team von Xi’an Aerospace der Chinesischen Akademie der Wissenschaften nutzte nun hyperspektrale Fernerkundungstechnologie, um die Gewässer der Flüsse Wei, Jing und Ba in der Umgebung der Landkreise Lantian und Jingyang in der Provinz Shaanxi zu überwachen und relevante Informationen zu gewinnen.

Wasserfarbindex

Der Wasserfarbindex steht im Allgemeinen in Zusammenhang mit dem Chlorophyllgehalt oder der Konzentration anderer Schwebstoffe in einem Gewässer und kann den Nährstoffstatus oder das Algenwachstum widerspiegeln. Der Wasserfarbindex in diesem Gebiet weist einen hohen Wert (Hoch: 1,36) und einen niedrigen Wert (Niedrig: 0,21) auf, was auf eine mögliche Wasserverschmutzung oder Nährstoffüberlastung hindeutet.

Wassertransparenz

Die Wassertransparenz ist ein Indikator für die Wasserklarheit; höhere Transparenz bedeutet im Allgemeinen klareres Wasser. Hohe Transparenzwerte weisen darauf hin, dass bestimmte Wasserbereiche relativ klar sind, während niedrige Werte auf relativ trübe Bereiche hinweisen.

Der Einsatz hyperspektraler Technologie in der Wasserqualitätsüberwachung ermöglicht heute präzisere und umfassendere Informationen zur Wasserqualität und trägt so zum Verständnis der Gewässerqualität, des Verschmutzungsgrades und des Zustands von Ökosystemen bei. Dank höherer Auflösung und detaillierterer Daten können Entscheidungsträger effektive Maßnahmen zum Wassermanagement und zum Umweltschutz entwickeln.