Surveillance de la qualité de l'eau

Tuyau d'égout sous-marin. Photo © Grafner/iStock

Afin de comprendre si la pollution par les eaux usées a un impact sur un environnement particulier ou d'établir la source et l'étendue du problème, il est important que les gestionnaires établissent des conditions de base et mettent en place un programme de surveillance. Même les plus petits projets d'échantillonnage bénéficient d'une planification minutieuse pour identifier le problème, définir des méthodes claires et des étapes d'assurance qualité, et envisager des plans de traitement des données et de communication.

Les étapes clés d'un programme de qualité de l'eau sont :

  1. Définir le problème. Quels impacts potentiels sur les eaux usées espérez-vous identifier ? Quelles données existent déjà, telles que des informations spécifiques au site sur les infrastructures de traitement des eaux usées ?
  2. Effectuer une surveillance ciblée de la qualité de l'eau en utilisant des processus qui intègrent la contribution d'experts lorsque cela est possible (par exemple, quels sites surveiller, sur quels indicateurs se concentrer, comment les données seront collectées).
  3. Développer et mettre en œuvre des études avancées pour aider à tracer les sources de pollution.
  4. Analysez et résumez les données pour les communiquer aux partenaires, aux décideurs et à toute autre partie prenante importante, en gardant à l'esprit les données qui intéressent votre public.
  5. Utilisez les informations pour guider un processus de planification ou une action de gestion.

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Pour détecter les changements dans la qualité de l'eau liés aux eaux usées, les gestionnaires de récifs devraient envisager de mesurer les indicateurs suivants :

L'azote et le phosphore, nutriments essentiels pour les plantes et les animaux, sont des indicateurs courants de nutriments. Les sources d'azote comprennent les rejets des usines de traitement des eaux usées, le ruissellement des pelouses et des terres cultivées fertilisées, les puisards et les fosses septiques défaillantes, le ruissellement du fumier animal et des zones de stockage, et les rejets industriels contenant des inhibiteurs de corrosion. Les mesures courantes de l'azote et du phosphore comprennent : l'azote total (toutes les formes d'azote organiques et inorganiques, dissoutes et particulaires trouvées dans un échantillon), l'ammoniac, les nitrates, les nitrites et le phosphore total (toutes les formes de phosphore).

Enfin, le silicate est une mesure chimique importante qui est une signature des eaux souterraines. Des silicates élevés indiquent des sources d'eau douce. Le silicate est généralement mesuré en laboratoire avec le nitrate et le phosphate. Ces indicateurs peuvent être mesurés par un analyseur automatique ou un laboratoire pour environ 50 USD/échantillon.

La salinité peut être mesurée à moindre coût à l'aide d'un réfractomètre et la température à l'aide d'un capteur portable. La salinité peut être particulièrement utile lors de l'identification des sites pour une surveillance à long terme.

L'oxygène dissous (OD) est un paramètre important dans l'évaluation de la qualité de l'eau en raison de son influence sur les organismes marins.

Un faible OD peut indiquer une abondance de phytoplancton ou de bactéries consommant de l’oxygène. L'OD est mesurée à l'aide d'un appareil de mesure de la qualité de l'eau multiparamétrique calibré – ou sonde – (coûtant entre 1,000 15,000 et XNUMX XNUMX USD).

La turbidité, un test clé de la clarté de l'eau qui pourrait être affectée par le phytoplancton, est généralement évaluée à l'aide d'un disque de Secchi pour mesurer la profondeur à laquelle la lumière du soleil pénètre.

D'autres méthodes numériques portables, telles qu'un conductimètre et un turbidimètre, améliorent la capacité de collecter des données en temps réel mais nécessitent une maintenance et un étalonnage.

Bactéries fécales indicatrices (FIB) des déchets humains tels que E. coli, Entérocoqueou C.perfringens peut être utilisé pour identifier les eaux usées. Des tests de terrain simples ont été développés pour tester le FIB dans l'eau. Un exemple est dans le cas de la Tanzanie rurale où des tests de sulfure d'hydrogène ont été fournis à 433 ménages, leur permettant de surveiller leurs propres sources d'eau et de faire des choix éclairés en matière de sécurité et de traitement de l'eau. Malheureusement pour les gestionnaires marins, dans les régions côtières, la concentration de bactéries est généralement trop faible pour ce genre de tests sur le terrain et une analyse en laboratoire est nécessaire pour les détecter.

Une autre option consiste à collecter des échantillons d'eau et à effectuer des tests FIB à l'aide d'un laboratoire satellite (~ 3,000 11 USD) ou d'un laboratoire et d'une méthode de culture traditionnels, tels que le test Enterolert (IDEXX) utilisé par Surfrider, pour un coût d'environ XNUMX USD/échantillon.

Chlorophylle a est le principal pigment photosynthétique vert présent dans toutes les plantes, y compris les algues phytoplanctoniques, et un substitut aux producteurs primaires planctoniques. La concentration de chlorophylle a dans les eaux des récifs coralliens est un indicateur de l'abondance et de la biomasse du phytoplancton, qui constitue la source directe ou indirecte de nourriture de la plupart des animaux marins. Faible teneur en chlorophylle a les niveaux suggèrent un bon état de l'eau. Cependant, c'est la persistance à long terme de niveaux élevés qui est un problème, donc la chlorophylle a doivent être surveillés au moins une fois par mois pour quantifier les changements saisonniers de la biomasse phytoplanctonique. Chlorophylle a peut être mesuré avec un équipement de filtration et de laboratoire et s'il est envoyé à un laboratoire, il coûte environ 20 USD/échantillon.

Ces données peuvent identifier des tendances et des changements majeurs si elles sont collectées sur plusieurs années. Les gestionnaires peuvent utiliser ces informations pour commencer à corréler les données/modèles de qualité de l’eau avec les modèles de santé des coraux et le pourcentage de couverture corallienne. Ces indicateurs sont également relativement rentables. Il existe plusieurs tests sur le terrain qui peuvent être effectués avec des kits portables ou des appareils portables relativement peu coûteux (<1,000 XNUMX USD). Ces tests sur le terrain nécessitent des échantillons d’eau de petit volume et fournissent des résultats en quelques minutes. Pour les gestionnaires disposant de peu de temps ou de budget pour s’engager dans un programme de surveillance, ce sont les premières méthodes qui peuvent être utilisées. Les gestionnaires pourraient réfléchir aux limites de détection de ces méthodes et si elles sont appropriées dans leur région. Par exemple, dans les eaux claires de l’océan, il peut être difficile de capter de la chlorophylle. a signalez ou utilisez un disque Secchi.

Tests pour détecter les changements dans la qualité de l'eau :

INDICATEURMÉTHODE D'ESSAI/MATÉRIAUX
Chlorophylle aCompteur de chlorophylle
DO (oxygène dissous)Mesure par capteur ou calorimètre
Solides dissous totaux (TDS) ou turbiditéDisque de Secchi, turbidimètre ou capteurs

Il est important de reconnaître que ces indicateurs n’indiquent pas directement la pollution des eaux usées, car d’autres sources ou facteurs peuvent contribuer à modifier les niveaux. Par exemple, les nutriments peuvent provenir de l’agriculture ou du développement et les bactéries indicatrices fécales peuvent également provenir d’animaux ou du sol.

Traçage des sources de pollution

Identifier la présence d'eaux usées dans l'océan est difficile et repose sur de multiples tests pour identifier les différents contaminants couramment présents dans les eaux usées. Des tests plus sophistiqués mesurant les isotopes de l'azote et les contaminants d'origine humaine, tels que les produits pharmaceutiques et les composés de déchets organiques, tels que les métabolites des détergents ou les additifs alimentaires, peuvent aider à confirmer les eaux usées et leur(s) source(s).

Il existe des tests qui peuvent fournir des mesures plus spécifiques et identifier les contaminants plus communément associés aux eaux usées, mais ils sont souvent coûteux à réaliser car ils nécessitent l'accès à des machines spécialisées et coûteuses et à des techniciens formés.

Tests pour tracer les sources de pollution :

INDICATEURMÉTHODE D'ESSAI
CaféineSpectrométrie de masse
L'ADNTest de laboratoire (eDNA qPCR ou quantification de fluorescence)
PharmaceutiquesELISA, essais biologiques
Perturbateurs endocriniens (p. Ex., Œstrogènes)Spectrométrie de masse, dosages biologiques (exposition de poissons ou de cultures tissulaires)
Bactéries (E. coli, E. faecalis, C. perfringens)Mesure de quantification par numération sur plaque hétérotrophe, microarray ou qPCR
MétauxSpectrométrie de masse
Isotopes d'azoteSpectrométrie de masse
StérolsSpectrométrie de masse
sucraloseSpectrométrie de masse

Les échantillons d'eau sont prélevés sur le terrain et nécessitent souvent des volumes importants qui doivent être concentrés pour effectuer l'analyse. Si un laboratoire n'est pas à proximité, les échantillons peuvent être expédiés, mais la température, le temps et le coût sont autant de limitations. Il est recommandé que les gestionnaires travaillent à la création de collaborations ou de partenariats avec les universités locales, qui sont souvent ravies d'avoir des étudiants travaillant sur des problèmes réels, et peuvent aider à compenser les coûts d'analyse d'échantillons et d'analyse de données avec le financement de subventions. Chaque indicateur de la qualité de l'eau contribue à notre compréhension des polluants contenus dans notre eau. Les stratégies de surveillance et d'analyse qui compilent les mesures de plusieurs indicateurs, combinées à la cartographie des emplacements de rejet, peuvent identifier plus précisément les types et les sources de pollution par les eaux usées.

Voir la section Ressources pour des méthodologies plus détaillées de surveillance de la qualité de l’eau.

 

Exemples de programmes de surveillance

  • Hui O Ka Wai Ola à Maui, Hawai'i est un programme d'échantillonnage de la qualité de l'eau dont la mission est d'approfondir la compréhension de la qualité des eaux côtières de Maui grâce à la science et au plaidoyer pour accélérer un changement positif.
  • Les bénévoles collectent des échantillons d'eau pour suivre la turbidité et les nitrates à l'aide de méthodes standardisées de l'EPA approuvées par le ministère de la Santé de l'État d'Hawaï. Les échantillons et les données sont collectés par des scientifiques citoyens bénévoles et sont utilisés pour la prise de décision concernant les normes de qualité de l'eau et les plans de gestion.
  • Les données issues des efforts d'échantillonnage sur le terrain sont consolidées dans une base de données pour une surveillance continue qui est utilisée dans l'analyse, pour suivre les événements de pollution et pour reconnaître les tendances de la qualité de l'eau et des récifs coralliens au fil du temps.
  • L'objectif du programme Surfrider Bluewater Task Force est de sensibiliser aux problèmes locaux de pollution et de rassembler les communautés pour mettre en œuvre des solutions.
  • Il comprend 50 laboratoires gérés par des sections et des bénévoles qui testent la qualité de l'eau sur les plages de surf, notamment celles d'Hawaï, de Floride et de Porto Rico.
  • Les analyses d'eau mesurent les bactéries indicatrices fécales (bactéries Enterococcus, différentes du programme Maui qui teste la turbidité et les nitrates) et testent différentes sources de pollution (tuyaux d'évacuation, etc.), puis sont comparées aux normes de qualité de l'eau fixées par l'EPA pour protéger la santé publique dans les eaux récréatives.

Données pour les programmes de surveillance

Des outils de mesure et de reporting innovants et rentables sont nécessaires pour aider les gestionnaires maritimes à découvrir les problèmes et les sources de pollution des eaux usées de manière moins gourmande en ressources. Les données, notamment les visualisations et la modélisation, la télédétection et l'imagerie spatiale, complètent les efforts de surveillance de la pollution des eaux usées et contribuent à éclairer les actions de gestion. Les modèles créés à partir de données locales peuvent être particulièrement utiles pour prédire la qualité de l’eau.

D’autres outils collectent des données mondiales sur les proliférations d’algues, les événements de blanchissement des coraux, les fluctuations de la surface de la mer et le potentiel d’eutrophisation, qui ont une application et une pertinence locales. Les données accessibles au public peuvent être combinées avec des données géographiques locales, telles que l'emplacement des usines de traitement des eaux usées, pour comprendre les sources de pollution. Les gestionnaires peuvent également combiner ces données avec des tests sur le terrain et en laboratoire pour comprendre les conditions de base, prioriser les tests de surveillance et identifier les lacunes dans les données afin de mieux quantifier les changements de qualité de l'eau au fil du temps. Voici des exemples de ces plateformes de données/outils de visualisation en ligne :

  • Points de basculement océaniques, qui présente des mesures quantifiables de la qualité de l'eau (comme les niveaux d'azote et de phosphore) avec les conditions observées des récifs sur une carte interactive. Cet outil fournit un ensemble de données pour les îles hawaïennes et soutient les actions de gestion visant à protéger les écosystèmes récifaux. Il comprend également une couche de nutriments créée à l’aide du modèle InVEST NDR, qui examine globalement les sources d’azote et de phosphore.
  • Atlas corallien d'Allen, qui utilise des images satellite haute résolution et des analyses avancées pour cartographier les récifs coralliens du monde avec des détails sans précédent. Une nouvelle couche de turbidité a été ajoutée, ce qui pourrait être utile pour la surveillance de la qualité de l'eau. Ces produits soutiennent la science, la gestion, la conservation et les politiques des récifs coralliens à travers la planète.

Comment la surveillance peut éclairer la réglementation sur les eaux usées

Les réglementations peuvent contribuer à atténuer la pollution des eaux usées, par exemple en fournissant des données sur les seuils de pollution. L'établissement de réglementations locales visant à empêcher les contaminants présents dans les eaux usées d'atteindre le seuil pourrait alors être mis en œuvre. Avec des seuils de pollution définis, les communautés peuvent mieux déterminer quand des réponses spécifiques doivent être prises, comme fermer les plages à des fins récréatives ou émettre un avis d'ébullition de l'eau. Cependant, les incohérences réglementaires peuvent constituer un défi complexe pour les gestionnaires des eaux usées, rendant les seuils difficiles à établir et à faire respecter.

Plusieurs outils ont été mis en œuvre par l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis pour établir des seuils de contamination des plans d'eau et de la vie aquatique. Un seuil couramment utilisé est la charge quotidienne maximale totale, ou TMDL, qui limite la quantité d'un contaminant spécifique autorisée à pénétrer dans un plan d'eau. Ceci est particulièrement efficace pour les contaminants des eaux usées provenant de sources non ponctuelles. Quelques-uns des outils supplémentaires de l'EPA incluent des couches de données sur les éléments nutritifs (NPDAT), un programme de modélisation de la qualité de l'eau (GUÊPE) et un outil de diagnostic de la déficience biologique (CADDIS). Ces outils peuvent aider les gestionnaires à identifier et à faire respecter les seuils de pollution des eaux usées.

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