I staden São Paulo, Brasilien, floden Tietê är förorenad av en stor mängd avfall, främst hushållsavlopp, men ju längre den rinner in i det inre, desto bättre blir kvaliteten på vattnet. Det är mycket mindre grumligt på Barra Bonita, 294 km från São Paulo, och transparent vid Buritama (546 km).

En studie av brasilianska forskare vid São Paulo State University (UNESP) i Presidente Prudente och São José dos Campos visar att denna förändring i vattenkvaliteten när floden korsar staten beror på filtrering av en serie dammar längs vägen. Den 1, 100 km Tietê reser sig nära kusten, passerar genom delstatens huvudstad och strömmar vidare till São Paulos västra gräns, där den ansluter sig till Paraná, en biflod till Plata. Barra Bonita-reservoaren håller kvar en del av algerna som livnär sig på kväve och fosfor i avloppsvattnet. Med färre av dessa organismer, floden rinner genom turbinerna och vidare till nästa uppsättning dammar, där det filtreras igen.

Som studien visar, filtrering av Tietê av denna serie dammar släpper in mer ljus i vattnet, som syresätts och omvandlar mer organiskt material från föroreningar till oorganiskt material, så småningom blir transparent. Resultaten publicerades i tidskriften Vatten .

"Vi visar att Tietês vattenkvalitet stadigt förbättras tack vare denna reservoarkaskad, med exponering för föroreningar från hushållsavlopp som minskar när floden rinner bort från delstatens huvudstad, sade Enner Herênio de Alcântara, en professor vid UNESP i São José dos Campos och en av författarna till studien.

"Från en reservoar till nästa, sammansättningen av det organiska och oorganiska materialet i floden förändras. Detta påverkar ljusabsorptionen i varje reservoar, " berättade Alcântara.

Forskarna analyserade ljusabsorptionsegenskaperna hos vattnet i fyra av de sex reservoarerna som utgör Tietê-dammen:Barra Bonita, Bariri, Ibitinga och Nova-Avanhandava. Dessa reservoarer står för mer än 90 procent av den vattenkraft som genereras av kaskaden.

Kemisk sammansättning och grumlighet varierar beroende på typen av förorening. Barra Bonita och Bariri är eutrofa – fulla av alger, hypoxisk och grumlig. Ibitinga (349 km från São Paulo City) är mesotrofisk, värd en medelmängd vegetation och med måttligt klart vatten. Nova-Avanhandava-reservoaren vid Buritama är oligotrofisk, med låg algproduktion och transparent vatten.

Forskarna analyserade vattenprover som samlats in under fältarbete för att mäta nivåerna av organiskt och oorganiskt partiklar.

Deras resultat visar att Barra Bonita-reservoaren innehåller en stor volym alger (fytoplankton), medan höga halter av löst organiskt kol är karakteristiska för Bariri och Ibitinga. Dessa två reservoarer uppvisade också hög variation av partikelsammansättning mellan organisk och oorganisk inom ett givet år, beroende på period, i enlighet med förändringar i ljusabsorption uppmätt under analysen. Oorganiskt material - mineraler och icke-kolsyrade föreningar - dominerar i nedströmsdelen av Nova Avanhandava.

Dessa material absorberar ljus vid olika våglängder. Absorptionen varierar i intensitet beroende på koncentrationen av optiskt aktiva komponenter som finns i vattnet. Förutom att absorbera ljus, de sprider det också. Balansen mellan mängden ljus som absorberas och mängden som sprids av dessa material återspeglas i variationerna i färgen på Tietês vatten.

Växtplankton, till exempel, absorbera mer energi i de blå och röda våglängderna, och mycket mindre i det gröna, orsakar mer spridning vid denna våglängd. Det är därför vattnet i reservoarer med stora mängder växtplankton är mörkgrönt, förklarade forskarna.

"Vi fann att reservoarernas totala ljusabsorptionskapacitet reflekterade nivån av föroreningar ganska exakt. Den kraftiga växtplanktontillväxten på grund av intensiv övergödning störde mest ljusabsorptionen i reservoarerna närmast São Paulo, till exempel, " sa Alcântara.

Satellitövervakning

Resultaten av studien kommer att bidra till utvecklingen av nya matematiska och statistiska modeller som kan användas för att uppskatta och övervaka vattenkvaliteten i Tietês kaskadreservoarsystem via satellitbilder, Alcântara lade till.

På grund av variationen i ljusabsorptionen i dessa reservoarer, en matematisk modell har ännu inte utvecklats för att säkerställa exakt mätning av vattenkvalitetsparametrar för hela systemet.

"Reservoarerna innehåller höga nivåer av föroreningar, med stora mängder vattenväxter, till exempel, så signalerna som registreras av sensorn på Landsat-8 i rymden blir mättade. Som ett resultat, modellen vacklar så småningom och ger felaktig information, " han förklarade.

Landsat-8 är den åttonde satelliten i NASA-USGS Landsat jordobservationsprogram, och den sjunde att nå omloppsbana framgångsrikt. Den inbyggda sensorn för dess Operational Land Imager (OLI) gör att den kan spela in bilder vid olika våglängder.

De organiska och oorganiska materialen som finns på eller nära reservoarytan reflekterar solstrålning tillbaka till sensorn vid specifika våglängder. Som ett resultat, deras fördelning i reservoaren kan uppskattas med hjälp av dessa bilder.

När den matematiska modellen för variationer i ljusabsorption tillämpas på parametrarna för ytreflektans som erhålls från bilderna, det är möjligt att uppskatta halterna av organiskt och oorganiskt material i vattnet, och därmed dess transparens.

"Landsat-programmet har producerat bilder sedan 1970-talet. När vi väl har validerat den matematiska modellen som utvecklats av vår grupp, vi kommer att kunna erhålla vattenkvalitetsindikatorer för hela Tietê-reservoarsystemet under de senaste 40 åren eller så, " sa Alcântara.

"På denna grund kommer det att vara möjligt att förstå processen med försämring av Tietês vattenkvalitet under de senaste decennierna."