Surveillance de la qualité de l'eau

Pipe Steve Spring Marine Photobank

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 l'infrastructure des eaux usées ?
  2. Mener une surveillance ciblée de la qualité de l'eau pour la qualité de l'eau en utilisant des processus qui intègrent la contribution d'experts dans la mesure du possible (par exemple, sur quels sites surveiller, sur quels indicateurs se concentrer, comment les données seront-elles collectées)
  3. Développer et mettre en œuvre des études avancées pour aider à tracer les sources de pollution
  4. Analyser et résumer les données pour la communication aux partenaires, aux décideurs et à toute autre partie prenante importante, en gardant à l'esprit quelles données sont convaincantes pour 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 DO peut indiquer une abondance de phytoplancton ou de bactéries qui consomment de l'oxygène. L'OD est mesuré à l'aide d'un appareil de mesure de la qualité de l'eau multi-paramètres calibré – ou d'une sonde – (coûtant environ 1,000 15,000 $ à XNUMX XNUMX $ US).

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 (environ 3,000 11 USD) ou d'une méthode traditionnelle de laboratoire et de culture, telle que le test Enterolert (IDEXX) utilisé par Surfrider pour un coût d'environ XNUMX USD par échantillon.

Chlorophylle a est le principal pigment vert photosynthétique présent dans toutes les plantes, y compris les algues phytoplanctoniques, et un indicateur indirect des 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 est la source directe ou indirecte de nourriture pour 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 modèles et des changements majeurs si elles sont collectées sur de nombreuses années. Les gestionnaires peuvent utiliser ces informations pour commencer à établir une corrélation 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 (<1000 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 dont le temps ou le budget sont limités pour s'engager dans un programme de surveillance, ce sont les premières méthodes qui peuvent être utilisées. Les gestionnaires peuvent déterminer quelles sont les limites de détection de ces méthodes et si elles sont appropriées dans leur région. Par exemple, dans les eaux océaniques claires, il peut être difficile de capter un signal de chlorophylle a ou d'utiliser un disque de Secchi.

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 ne signifient pas directement la pollution des eaux usées puisque d'autres sources ou facteurs peuvent contribuer à des niveaux modifiés. Par exemple, les nutriments pourraient provenir de l'agriculture ou du développement et les bactéries indicatrices fécales peuvent également provenir des animaux ou des sols.

Sources de pollution à l'état de traces

L'identification de 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 qui mesurent les isotopes de l'azote et les contaminants qui ont une source humaine comme les produits pharmaceutiques et les composés de déchets organiques, tels que les métabolites de détergents ou les additifs alimentaires, peuvent aider à confirmer les eaux usées et leur(s) source(s). Inscrivez-vous au Cours en ligne sur la pollution des eaux usées pour en savoir plus sur la façon dont différents types de traceurs chimiques peuvent être utilisés pour mieux comprendre d'où proviennent les concentrations élevées de nutriments.

Ces tests peuvent fournir des mesures plus spécifiques et identifier les contaminants plus couramment associés aux eaux usées, mais sont souvent coûteux à exécuter car ils nécessitent l'accès à des machines spécialisées et coûteuses et à des techniciens qualifiés.
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 pour les praticiens.

maui qualité de l'eau

Mauvaise qualité de l'eau au large de Maui. Photo © Bill Rathfon pour Hui O Ka Wai Ola (Association Of The Living Waters), un partenariat de The Nature Conservancy

Ouvre dans une nouvelle fenêtreHui O Ka Wai Ola

Hui O Ka Wai Ola est un programme d'échantillonnage de la qualité de l'eau de la science citoyenne aligné sur les normes et protocoles du ministère de la Santé d'Hawaï, de la Clean Water Branch. Les échantillons et les données collectées sont utilisés pour la prise de décision concernant les normes de qualité de l'eau et les plans de gestion. Les échantillons prélevés sur le terrain sont apportés à un laboratoire du lycée local dédié aux procédures de contrôle de la qualité de l'eau. Les données issues des efforts d'échantillonnage sur le terrain sont consolidées dans une base de données qui soutient la surveillance continue utilisée dans l'analyse, pour suivre les événements de pollution et pour reconnaître la qualité de l'eau et les tendances des récifs coralliens au fil du temps.

Ce programme reconnaît les limites que tout indicateur de la qualité de l'eau peut présenter. Chaque indicateur de la qualité de l'eau contribue à la compréhension, mais aucune mesure unique n'est suffisamment concluante. Par conséquent, les stratégies qui compilent les mesures de plusieurs indicateurs sont plus utiles. ref  Ceci est particulièrement important en raison de l'absence d'accord mondial sur les seuils de pollution. Par exemple, l'entérocoque est le plus couramment mesuré bactéries indicatrices fécales (FIB) dans les environnements marins utilisés pour déterminer les fermetures de plages et les avis. Cependant, une autre bactérie trouvée dans les eaux usées, Clostridium perfringens, est considéré comme un indicateur plus précis de la pollution des eaux usées à Hawaï mais n'est pas approuvé pour une utilisation à l'échelle nationale. ref Le manque de compréhension coordonnée de la résilience de l'océan à la pollution des eaux usées, car elle a un impact à la fois sur la santé marine et humaine, nécessite l'établissement de bases de référence localisées et des efforts de surveillance pour une protection efficace. Pour plus d'informations sur ce programme, consultez le webinaire à propos de Hui O Ka Wai Ola.

Ressources et outils pour le suivi des programmes

Les efforts de visualisation et de modélisation des données, de télédétection et d'imagerie spatiale complètent les efforts de surveillance de la pollution des eaux usées et aident à éclairer les actions de gestion. Les modèles créés à l'aide de données locales peuvent 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. Ces Ouvre dans une nouvelle fenêtredonnées accessibles au public peuvent être combinés avec des données géographiques locales, telles que les emplacements 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, hiérarchiser 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.

  • Ouvre dans une nouvelle fenêtreCarte de rapport Heal the Bay's NowCast Beach, est un modèle permettant de prédire la qualité de l'eau des plages en Californie, aux États-Unis, et améliore la sensibilisation du public aux événements de contamination.
  • Points de basculement océaniques 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 pour protéger les écosystèmes récifaux. Il comprend également une couche nutritive qui a été créée à l'aide du modèle InVEST NDR, qui examine globalement les sources d'azote et de phosphore.
  • Indice de santé des océans présente des scores mondiaux de santé des océans basés sur les menaces et la résilience. Une couche de données spécifique à la pollution par les eaux usées océaniques est en cours de développement et sera utile pour l'analyse des données et les évaluations des impacts de la pollution par les eaux usées.
  • Atlas corallien d'Allen utilise des images satellites haute résolution et des analyses avancées pour cartographier les récifs coralliens du monde avec des détails sans précédent. Ces produits soutiennent la science, la gestion, la conservation et la politique des récifs coralliens à travers la planète. (Les produits de température de surface de la mer de NOAA Coral Reef Watch sont inclus dans l'Atlas.)
mesures sur le terrain de la qualité de l'eau

Mesures sur le terrain de la qualité de l'eau par des scientifiques citoyens de Hui O Ka Wai Ola. Photo © Bill Rathfon

Il reste un besoin d'outils de mesure et de rapport innovants et rentables pour identifier la pollution par les eaux usées. Le Ouvre dans une nouvelle fenêtre Indice de santé des océans est un projet entrepris par NCEAS qui présente des scores de santé des océans basés sur les menaces et la résilience. Une couche de données spécifique à la pollution par les eaux usées dans l'océan est en cours de développement et sera utile pour l'analyse des données et les évaluations multi-scalaires des impacts de la pollution par les eaux usées.

Effluent d'égouts bouillonnant Des eaux usées bouillonnantes effluent. Photo © Matthieu Chatfield</

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