Katastrofy ekologiczne są do uniknięcia. Polacy opracowali skuteczną metodę
Katastrofą ekologiczną na Odrze, która wydarzyła się w 2022 roku żyła nie tylko cała Polska, ale informowały o niej światowe media. Naukowcy z Politechniki Bydgoskiej chcą przeciwdziałać podobnym zdarzeniom. Opracowali metodę, która pozwoli przewidzieć katastrofę nawet miesiąc wcześniej.
partner merytoryczny
Na przełomie lipca i sierpnia 2022 roku w Odrze były tony śniętych ryb, o czym na bieżąco informowaliśmy w Zielonej Interii. W Polsce wyłowiono 250 ton martwych ryb (łącznie było to 350 ton), ale niektóre szacunki mówią o 3,3 mln ryb, co przekłada się na ponad 1,5 tys. ton (60 proc. biomasy ryb).
Podjęto natychmiastowe działania, ale zanim polskie i niemieckie służby wskazały przyczynę, minęło kilka tygodni. Warto przypomnieć, że przyczyną całej sytuacji był gwałtowny zakwit toksycznych złotych alg (Prymnesium parvum). Ten zaś był spowodowany nie jednym, ale przynajmniej kilkoma czynnikami.
Oceniając jakość wody w Polsce, stosuje się podział na pięć klas czystości, na świecie bardziej popularny jest współczynnik WQI (Water Quality Index), przyjmujący wartości od 0 do 100. To średnia ważona wyciągana z kilku parametrów wody mierzonych przez stacje monitorujące. Wagi statystyczne i zestaw parametrów można jednak dobierać różnie, więc w praktyce definicji współczynnika WQI jest kilkadziesiąt, na co zwraca uwagę serwis naukawpolsce.pl.
Co najistotniejsze, WQI ma wadę konstrukcyjną: użyte do jego wyliczenia zwykłe sumowanie powoduje, że dodatnia zmiana jednego parametru może skompensować ujemną innego i vice versa. Ekosystem wodny może więc mieć dużą dynamikę, której nie będzie widać w zmianach współczynnika.
Naukowcy z Bydgoszczy opracowali nowy indeks
Świadomi wad współczynnika WQI naukowcy z Bydgoszczy postanowili opracować nowy indeks statystyczny, który będzie bardziej uniwersalny i wrażliwy na zmiany poszczególnych parametrów. Pracę bydgoskich fizyków na ten temat opublikowano w czasopiśmie "Science of the Total Environment".
Nowa metoda polega na zebraniu wielu danych opisujących jakość wody, takich jak: parametry fizyczne (temperatura, przewodność elektryczna wody), chemiczne (np. kwasowość wody, jej natlenienie bądź zawartość określonych związków chemicznych), oraz biologiczne (m.in. liczebność okrzemek czy alg).
Każdy z nich jest następnie traktowany jako osobny wymiar w pewnej przestrzeni, której punktami będą wyniki poszczególnych pomiarów - czyli próbki wody. Następnie, w ramach tzw. analizy głównych składowych, wylicza się dla poszczególnych punktów (próbek) wartości nowych, sztucznych zmiennych. Zmienne te tworzy się w taki sposób, aby jak najlepiej wychwycić korelacje między wieloma parametrami. Następnie wybrane dane przekształca się w jeden indeks i sprawdza, czy jego wartość nie przekroczyła ustalonego kryterium statystycznego jakości.
Ważny jest tu fakt, że kryterium działało zgodnie z oczekiwaniami zarówno na maksymalnym zestawie dostępnych parametrów, jak też wtedy, gdy zbiór ten ograniczyliśmy do zaledwie trzech wielkości fizyko-chemicznych" - podkreśla dr Grażyna Czerniak z Wydziału Technologii i Inżynierii Chemicznej Politechniki Bydgoskiej i główna autorka artykułu.
Indeks z wyprzedzeniem sygnalizuje zbliżającą się katastrofę ekologiczną
Analiza danych Odry poprzedzających katastrofę wykazała, że już miesiąc przed katastrofą wartość indeksu nieznacznie, ale stabilnie przekraczała kryterium alarmowe. Co więcej, utrzymywała się powyżej tego poziomu do momentu załamania się ekosystemu rzeki.
Kryteria statystyczne mogą czasami generować fałszywe alarmy. Pojedynczy alarm można zignorować. Jeśli jednak wyniki znajdują się powyżej stanu alarmowego przez cały tydzień, powinien to już być powód do poważnego niepokoju. W przypadku Odry początek zmian stał się widoczny miesiąc przed katastrofą. Gdyby więc nasza technika statystyczna była już wtedy stosowana, na ewentualne działania zapobiegawcze pozostałyby aż dwa-trzy tygodnie.
Naukowcy przekonują, że ich technika jest łatwa w użyciu i nie wymaga dużych mocy obliczeniowych. Może być używania do monitorowania każdej rzeki, jedynie wcześniej narzędzie trzeba wytrenować na odpowiednim zbiorze danych zawierających naturalne parametry wybranej rzeki (rzeki w zależności od wielu czynników różnią się parametrami). Jeśli jednak jakaś rzeka jest już objęta monitoringiem w zasadzie wszystko, co potrzeba do adaptacji narzędzia już jest, a więc koszty wdrożenia są minimalne.
