Miljöforskare kan berätta mycket om floders hälsa, vikar, våtmarker och andra vattendrag genom att studera flödet av sediment suspenderade i vattnet, och från leran som bildas när dessa sediment lägger sig till botten.

"Mud är inte glamoröst, men lera är där alla föroreningar samlas och fastnar, " noterar Oliver Fringer, professor i civil- och miljöteknik vid Stanford.

Suspenderade sediment kan fånga in giftiga föroreningar och förhindra bildandet av fiskdödande rödvatten, han förklarade. Och att mäta och förutsäga hur sedimentflöden kommer att bilda lera kommer att hjälpa till att avslöja hur vattenvägar kommer att reagera på stigande havsnivåer och klimatförändringar. Men tills nu, att studera sedimentflöden – även känd som att mäta grumlighet – har gått långsamt, oprecisa och arbetskrävande, hämmar ansträngningarna att bättre förstå vattenvägarnas hälsa.

Fringer hoppas kunna övervinna bristerna med nuvarande studiemetoder genom att utveckla en speciellt instrumenterad flygdrönare för att mäta sedimentflöden i San Francisco Bay. Mäter 4 fot i diameter, drönaren flyger över 100 fot över vattnet. Dess kamera är kalibrerad för att fånga upp mycket specifika våglängder av ljus. Vissa röda färger nere nära det infraröda bandet i spektrumet motsvarar sediment. Andra färger motsvarar klorofyllet och de organiska näringsämnen som matar alger. Drönaren kan återbesöka en plats så många gånger som behövs, ta högupplösta foton i en hastighet av en per sekund, måla en detaljerad bild av grumlighet.

Drönaren skulle representera ett stort framsteg från ett avgjort lågteknologiskt sätt att mäta sedimentflöde som är vanligt idag:Forskare sänker en Secchi-skiva av omväxlande svart-vita kvadranter i vattnet för att observera på vilket djup den blir för grumlig för disk som ska ses. Detta kan ge bra information om en viss plats, men säger väldigt lite om dynamiken i ett bredare område. Vissa forskare försöker täcka mer område genom att dra sofistikerade sensorer från båtar som rör sig fram och tillbaka över vattnet. Men båtar kan inte trafikera i grunda områden och är dyra att köra, vilket gör det svårt att mäta grumlighetsförändringar över tid. Satelliter används också för att täcka stora områden, men de samlar in relativt lågupplöst data och passerar bara en plats en gång varannan dag. Kortfattat, alla tre metoderna gör det svårt att fånga tillräckligt högupplöst data, under tillräckligt långa perioder, för att tillhandahålla ett exakt sätt att bedöma hur skiftande vindar, vattenströmmar och andra krafter påverkar vikvattnets grumlighet. Drönaren, Fringer säger, erbjuder en kostnadseffektiv, högupplöst alternativ.

Det nya systemet designades av Joe Adelson, en Ph.D. kandidat inom civil- och miljöteknik, med Fringer som övervakar projektet under ledning av Stanfords Bob och Norma Street Environmental Fluid Mechanics Laboratory. Fringer säger att att använda drönaren för att mäta grumligheten i San Francisco Bay är ett viktigt steg mot att utrusta fältet med ett verktyg som kan samla in detaljerad information om andra vikar, våtmarker och vattendrag. "Alla stora floder som rinner genom befolkade områden, som Mekong i Vietnam eller Mississippi, har problem med leriga sediment och röda tidvatten vid munnen, " säger Fringer.

Att ge miljöforskare ett sätt att samla in mer data om grumlighet kommer att sätta dem på väg mot att utveckla datormodeller för att hjälpa dem att förutse sedimentflöden i olika delar av en vattenväg, en process nästan lika komplex som att göra lokaliserade väderprognoser. "Om du tittar på utvecklingen av storskalig väderförutsägelse, människor har använt allt större mängder data från satelliter för att förbättra modellerna, ", sa Fringer. "Ingen har gjort det för sediment, och anledningen är att vi inte har haft den typen av data ännu."