Modellierung von Wasserinhaltsstoffen mit Landsat 8

Einen ökologisch guten Zustand von Binnengewässern sicherzustellen ist von zentralem Interesse für eine nachhaltige Nutzung von Seen. Maike Liekefett hat in ihrer Masterarbeit untersucht, wie gut sich Daten von Landsat 8 OLI für eine flächenhafte Erfassung von Indikatoren zur Beschreibung der Gewässergüte eignen.

Masterarbeit: Die Verwendung von Landsat 8 OLI Daten zur Modellierung  von Wasserinhaltsstoffen im Kummerower See

Autorin: Maike Liekefett

 

Die Wasserqualität von Binnengewässern ist sowohl in ökologischen, ökonomischen als auch sozialen Bereichen von besonderem Interesse. Um die Nutzung der aquatischen Ökosysteme zu garantieren sind die Ausgangssituationen der Gewässergüte zu erfassen und abzubilden. Die große politische Bedeutung der Erfassung und Sicherung der Wasserqualität ist in der Implementierung der WRRL 2000 umgesetzt. Die Bewertung der Oberflächengewässer erfolgt durch in-situ Messungen hydrochemischer, morphologischer und biologischer Güterparameter. Zeitlich dynamische Änderungen der Gewässer und eine räumliche Betrachtung der Güteparameter sind mit diesem Methodenansatz nicht möglich. Die Gewässerfernerkundung bietet an dieser Stelle die Möglichkeit der Qualitätsdarstellung in der Fläche. In der vorliegenden Arbeit wurde die Anwendbarkeit von Landsat 8 OLI Daten zur Modellierung von Wasserinhaltstoffen im Kummerower See getestet und inwieweit die Methoden als unterstützendes Werkzeug der WRRL dienen können. Eine im Sommer 2014 durchgeführte Messkampagne brachte Daten spektraler Aufnahmen mit RAMSES Sensoren, dem ASD Feldspektrometer und hydrochemische Daten des Kummerower See zur Validierung der durchzuführenden Atmosphärenkorrektur und anschließender Modellierung. Zur Umsetzung der Atmosphärenkorrektur wurde der empirische Ansatz der empirical line correction gewählt. Modifiziert wurden dafür Ergebnisse aus der DOS1 Methode mittels der nach USGS korrigierten Daten. Eine anschließende Wasser-Land-Klassifizierung mittels des MNDWI macht die ausschließliche Modellierung des Sees möglich.


Die Modellierung wurde unter der Prämisse angewendet, die Ergebnisse zur unterstützenden Interpretation der bisherigen Seesituation und Wasserqualität zu verwenden. Unter Anwendung
der inversen Modellierung wurde die Software WASI 2D auf die zwei optischen Gewässerbereiche flach und tief angewendet. Eine teilweise Regionalisierung der Modellierung wurde durch den Einbau der gewässertypischen Irradianz und dem gebietsspezifischen Spektrum von Potamogeton perfoliatus erreicht. Anhand zwei separater set-ups konnte der See als eutrophes Standgewässer mit mesotropher Entwicklung identifiziert werden. Die Verteilung der Gelb- und Schwebstoffe ist in Abhängigkeit der Niederschläge, der Zu- und Abflüsse im Gewässer, sowie dem langgezogenen Uferbereich des Sees dargestellt. Die Abstufungen der Gewässertiefe sind für die ersten zwei Meter in den Ergebnissen realistisch abgebildet. Eine identifizierte Auswirkung der modellierten Stoffe ist die Akkumulation der Schwebstoffe im Uferbereich. Diese konnte zu Lasten der Makrophyten und mit einer eindeutigen Dominanz des Bodensubstrats im flachen Uferbereich modelliert werden. Zusätzlich ist eine weitere Einflussnahme durch die Algenklasse der Diatomeen in den Ergebnissen auszumachen.