Weltweit sind Seen, Flüsse und Küsten durch hohe Nährstoffeinträge bedroht. Zu einem Überangebot (Eutrophierung) führen etwa Nitrat oder Phosphate aus Abwässern oder Düngemitteln. Die Folge: Algen und Cyanobakterien – wachsen unkontrolliert und können Giftstoffe freisetzen. Für Trinkwasserversorgung und Gewässerschutz ist eine Überwachung daher unverzichtbar.
In dem BMBF-geförderten Verbundprojekt Waquavid entwickeln Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zusammen mit Partnern nun ein intelligentes Monitoringsystem. Ziel ist es, mit einer tiefenprofilierenden Multisensor-Messboje Gewässer und Algenwachstum zu überwachen lassen.
Gewässer sind oft nicht einheitlich vermischt, sondern weisen eine tiefenabhängige Schichtung der physikalischen, chemischen und biologischen Parameter auf. Das neue Multisensorsystem wird in der Lage sein, die Gewässerqualität in den verschiedenen Tiefen zu ermitteln.
Wasserqualität von überall überwachen
Die Boje wird sowohl bei Untersuchungen der Wissenschaftler vor Ort eine Vielzahl von Parametern messen – wie Temperatur, Sauerstoffkonzentration, Algengehalt und Treibhausgase – als auch ferngesteuert ein gezieltes Entnehmen von Wasserproben ermöglichen. Diese Messmethode ist sehr genau, aber lokal begrenzt. Um auch größere Wasserflächen untersuchen zu können, nutzen die Forscher zusätzlich hyperspektrale Fernerkundungsdaten: Fluggeräte wie Drohnen, Flugzeuge oder Satelliten zeichnen dazu die spektralen Eigenschaften von Wasser, Schwebstoffen, Algen und anderen Stoffen mit hoher Empfindlichkeit großflächig auf.
Über spezielle Auswertealgorithmen lassen sich daraus Parameter ableiten, die in Verbindung mit den Bojendaten den jeweiligen Wasserzustand für ausgedehnte Wasserflächen mit hoher räumlicher Auflösung beschreiben. Die Integration einer Hyperspektralkamera bildet damit die Schnittstelle zwischen punktuellem Monitoring und flächenhaften Methoden der Gewässerüberwachung über die Fernerkundung.
Messsystem für alle Werte
Neu ist dabei die Kopplung des Multisensorsystems, das sich über Windkraft und Solarzellen selbst mit der benötigten Energie versorgt, mit Sensoren für CO2 und Methan, Probenahme, Fließrichtungsanalyse und meteorologischer Messstation. Weiterhin werden neue Methoden in die Sonde Fluoroprobe der Firma BB integriert, welche insbesondere die photosynthetische Aktivität verschiedener Algen messen kann. So wird unter anderem über das Erfassen des an der Photosynthese beteiligten Pigments Phycocyanin eine Frühwarnung zu Giftstoffen aus Cyanobakterien möglich.
