Stanfordští vědci vyvíjejí inovativní nový způsob předpovídání kvality pobřežní vody

Stanfordský výzkumník Ryan Searcy sbírá vzorky vody z přílivového bazénu v mořské rezervaci Fitzgerald v Moss Beach v Kalifornii. Uznání: Meghan Shea

S využitím vzorků vody a údajů o životním prostředí shromážděných do 48 hodin nebo méně vyvíjejí technici Stanfordu novou prediktivní techniku ​​pro předpovídání kvality pobřežní vody, což je zásadní krok v ochraně veřejného zdraví a oceánské ekonomiky.

Odebrání vzorků kvality vody na místních plážích za méně než dva dny může podle nového výzkumu v Stanfordu stačit ke snížení nemocí milionů návštěvníků pláže každý rok. Studie publikovaná v Environmental Science & Technology poskytuje modelovací rámec, který spolehlivě předpovídá kvalitu vody na plážích již po jednom nebo dvou častých vzorcích vody. Přístup testovaný v Kalifornii lze použít ke sledování jinak nekontrolovaných pobřežních oblastí, které jsou klíčem k ochraně prosperity pobřeží a prosperujících oceánských ekonomik po celém světě.

„Tato práce kombinuje znalosti mikrobiologie, pobřežních procesů a vědy o datech a vytváří nástroj pro efektivní správu jednoho z našich nejcennějších zdrojů a ochranu lidského zdraví,“ uvedla hlavní autorka Alexandria Boehm, profesorka civilního a environmentálního inženýrství ve Stanfordu.

Měření koncentrací bakterií fekálních markerů (FIB) na plážích, které indikují přítomnost fekálních látek a mohou vést k nebezpečným vodním podmínkám, zajišťuje veřejné zdraví a bezpečnost. Zatímco všechny oceánské vody obsahují určitý stupeň patogenů, jako jsou bakterie nebo viry, jsou často zředěny na neškodné koncentrace. Změny srážek, teploty vody, větru, odtoku, odpadu z lodí, přetečení bouřkové kanalizace, blízkost zařízení na zpracování odpadu, zvířat a vodního ptactva však mohou způsobit znečištění vody. Vystavení těmto kontaminujícím látkám může u plavců způsobit mnoho onemocnění, včetně infekcí kůže, očí a uší, stejně jako onemocnění dýchacích cest a zažívacího ústrojí.

Ochrana pobřežních vod a lidí, kteří je používají, zůstává nepostradatelná pro většinu kalifornského 840 mil pobřeží. Více než 150 milionů lidí každý rok plave, surfuje, potápí se a hraje na jedné ze 450 pláží státu a generuje tržby přes 10 miliard dolarů. Podle Kalifornské státní rady pro kontrolu vodních zdrojů odebírají vzorky vody po celém státě zdravotní agentury, veřejné čistírny odpadních vod, ekologické skupiny a několik občansko-vědeckých skupin v 17 krajích. Ne všechny vody jsou však běžně kontrolovány kvůli problémům s přístupností, omezením rozpočtových zdrojů nebo sezóně, přestože je využívána veřejností.

Další překážkou ochrany veřejného zdraví je zpoždění (až dva dny) mezi vzorkováním a výsledky, které vede správce pláží k rozhodování, která odrážejí minulé podmínky kvality vody. Když monitorované vody obsahují vysoké množství bakterií a představují zdravotní riziko, správci pláží zveřejní varovné signály nebo uzavřou pláže. Zpoždění současných testovacích metod může nevědomky vystavit plavce nezdravým vodám.

K překonání těchto omezení vědci spojili vzorkování vody a údaje o životním prostředí s metodami strojového učení, aby přesně předpovídali kvalitu vody. Prediktivní modely kvality vody nejsou nové, ale k jejich vývoji jsou obecně zapotřebí historická data trvající několik let.

Tým použil vzorky vody shromážděné v 10minutových intervalech po relativně krátkou dobu jednoho až dvou dnů na plážích v Santa Cruz, Monterey a Huntington Beach. Mezi třemi oblastmi bylo u 244 vzorků změřeno koncentrace FIB a označeno jako nad nebo pod přijatelnou úrovní, kterou vláda považuje za bezpečnou. Vědci poté shromáždili meteorologická data, jako je teplota vzduchu, sluneční záření a rychlost větru, stejně jako oceánografická data, včetně úrovně přílivu, výšky vln a teploty vody (všechny faktory ovlivňující koncentrace FIB) ve stejném časovém období.

Pomocí vysokofrekvenčních dat o kvalitě vody a metod strojového učení procvičili počítačové modely, aby přesně odhadli koncentrace FIB na třech plážích. Vědci prokázali, že 24hodinový nepřetržitý hodinový odběr vody – zachycující celý přílivový a sluneční cyklus – je dostatečný pro spolehlivé výsledky. Krmení rámcových meteorologických a přílivových údajů z delších časových období mělo za následek budoucí předpovědi kvality vody, které byly spolehlivé, přinejmenším po celou sezónu.

„Tyto výsledky skutečně posilují komunity, které chtějí vědět, co se děje s kvalitou vody na jejich plážích,“ řekl Searcy. „S některými prostředky, které mohou začít, a jednodenním vzorkováním, mohou tyto komunity shromažďovat data potřebná ke spuštění jejich systému modelování kvality vody.“

Odkaz: „Den na pláži: Poskytování předpovědi kvality pobřežní vody s vysokofrekvenčním vzorkováním a modely založenými na datech“, Ryan T. Searcy a Alexandria B. Boehm, 20. ledna 2021, Věda o životním prostředí a technologie.
DOI: 10,1021 / acs.est.0c06742

Může být také vyvinut veřejný rámcový kód, který přesně předpovídá další kontaminující látky, jako jsou škodlivé řasy, kovy a živiny, o nichž je známo, že způsobují škody v místních vodách. Vědci poznamenávají, že k lepšímu určení přesného časového rámce těchto modelů je zapotřebí více analýz a že průběžné hodnocení a rekvalifikace modelů je i nadále nejlepší praxí pro přesné předpovědi.

Boehm je také vedoucím výzkumným pracovníkem ve Stanford Woods Environment Institute a členem Stanfordského programu pro vodu, zdraví a rozvoj.

Práce byla podpořena námořním grantovým programem University of Southern California, Národním úřadem pro oceán a atmosféru a americkým ministerstvem obchodu, číslo grantu NA18OAR4170075.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Kampaň NASA SnowEx kopání hluboko v roce 2021

Měření sněhu se může zdát jednoduché, ale každé prostředí představuje pro přístroje jedinečné výzvy. Například sněžení v lesích se zachytává na větvích nebo...

Agresivní tržní model vývoje energie z jaderné syntézy

Koncept ARC Fusion Pilot Plant byl vyvinut na MIT, aby demonstroval potenciál vysokoteplotních supravodivých magnetů pro nastavení hodnoty rychlosti fúzní energie և. Půjčka:...

Sekvence 64 úplných lidských genomů k zachycení lepší genetické rozmanitosti

Struktura genomu. Zápočet: NIH Sekvence 64 lidských genomů poslouží jako nový odkaz na genetické modifikace a predispozici k lidským chorobám Vědci z University of Maryland...

LSD může nabídnout udržitelnou léčbu úzkosti a jiných duševních poruch

McGill studoval krok v porozumění mechanismu vlivu psychedelik na mozek a potenciálu pro terapeutické použití. Vědci z McGill University poprvé objevili jeden z možných mechanismů,...

Nenechte si ujít příští úplněk – sníh, bouře a hladový měsíc

Uznání: NASA / Bill Dunford Příští úplněk je měsíc se sněhem, bouří a hladem; měsíc během svátků svátku Puim; festival čínských luceren; Magha Purnima a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.