Estudio multitemporal de calidad del agua del embalse de Sitjar (Castelló, España) utilizando imágenes Sentinel-2

Abstract

[EN] Water quality is a subject of intense scientific inquiry because of its repercussion in human’s life, agriculture or even energy generation. Remote sensing can be used to control water masses by analyzing biophysical variables. Chlorophyll-a (Chl-a) and Total Suspended Solids (SS) are a well-known feature of water quality. These variables have been measured in Sitjar reservoir (Castelló, Spain) as a part of the project Ecological Status of Aquatic Systems with Sentinel Satellites (ESAQS), in order to compare the results with satellite reflectance data. Two processes were compared to correct atmospherically the level 1C Sentinel 2 (S2) images. The results show that Case 2 Regional Coast Colour (C2RCC) method, with a Root Mean Square Error of 2.4 mg/m3 (Chl-a) and 3.9 g/m3 (SS) is a better tool for atmospheric correction in this scenario due to the low turbidity levels of water. Besides, in this paper we study the Chl-a and SS variability through April 2017 to March 2019 with fourteen S2 images with the automatic products from C2RCC correction, finding correlations between them and the climate and reservoir conditions. Chl-a increase from 0.4 mg/m3 to 9.5 mg/m3 while SS rise 18 g/m3 in this period, which makes Sitjar as an oligotrophic-mesotrophic system. The correlation results demonstrate an excellent correspondence between them (R2=0.9). Sitjar reservoir lost almost 40 hm3 at the beginning of the study, which it had a possible relationship with the increasing parameter values. Also discussed was the role played by the climatology in the reservoir conditions due to the changes in the water structure with seasons, which explains the ariability through the year.

[ES] El estudio de calidad de agua es un campo de investigación científica de gran interés dada su repercusión en la vida humana, la agricultura o incluso la producción de energía. Las técnicas de teledetección pueden ser de utilidad a la hora de analizar diversas variables biofísicas como la clorofila-a (Chl-a) y los sólidos totales en suspensión (SS), los cuales son de importancia para la calidad del agua. Estos se han medido en el embalse de Sitjar (Castelló) como parte del proyecto ESAQS (Ecological Status of Aquatic Systems with Sentinel Satellites) para poder comparar los resultados con datos de reflectancias de satélite. Se compararon dos procesos para corregir atmosféricamente las imágenes nivel 1C de Sentinel 2 (S2). Los resultados muestran que el método Case 2 Regional Coast Colour (C2RCC) es la mejor herramienta para realizar estas correcciones dado el nivel de baja turbidez del embalse, con un RMSE (Root Mean Square Error) de 2,4 mg/m3 (Chl-a) y 3,9 g/m3 (SS). Además, en este trabajo se ha estudiado la variabilidad de la Chl-a y los SS entre abril de 2017 y marzo de 2019 con un total de 14 imágenes de S2 utilizando los productos automáticos de la corrección atmosférica C2RCC, para analizar posibles correlaciones entre estos, la climatología y las condiciones del embalse. La Chl-a aumenta desde 0,4 mg/m3 hasta alcanzar un máximo de 9,5 mg/m3, mientras que los SS incrementan hasta 18 g/m3 en este periodo, lo que hace de Sitjar un sistema oligotrófico-mesotrófico. Los resultados muestran una elevada correlación entre estas dos variables (R2=0,9). El embalse de Sitjar perdió casi 40 hm3 durante la primera parte de este estudio, lo cual tiene una posible relación con el aumento de las concentraciones. También se ha discutido el papel que juega la climatología debido a cambios estacionales en la estructura del embalse.