Safe swimming : satellite sea water monitoring for improving the efficiency sewage drain systems

In this study, a large set of satellite measurements, relating to three coastal areas of Puglia region (Barletta, Molfetta and Torre Guaceto), was analyzed in depth, evaluating the impact caused by intense precipitation events on the quality of the coastal waters intended for bathing, in terms of turbidity and TSS, with the ultimate goal of improving the efficiency of the sewage systems positioned along the coasts of the areas of interest. In the first part of the work we concentrated on the collection of territorial information in order to create a good database with which compare the satellite data. Specifically, the rainfall data, the water level data of the sewage system and the ARPA data of Escherichia Coli and Intestinal Enterococchi were collected for the three sites. The satellite measurements used in this work were collected from three multispectral satellites, specifically Landsat 7 ETM, Landsat 8 OLI and Sentinel-2A. These three satellites are characterized by distinct technical specifics (geometric, spectral and temporal resolution) which lead to different results for the same site observed in terms of electromagnetic spectra (e.g. reflectance in the different acquisition bands). Consequently, it is interesting to observe how certain characteristics of the observed object are captured by one satellite rather than another, as occur precisely in this study. Different measuring points were analyzed in the three case studies, observing a great spatial and temporal variability. By grouping together the different data obtained from the individual satellites, a rich dataset of satellite measurements was therefore created. Once the data collection and the subsequent analyses of the satellite data was completed, the satellite measurements were correlated with the territorial information collected. A large and detailed analysis was conducted between the satellite data and the precipitation series, highlighting some increases in reflectance due to precipitation, but others in dry periods due to sewage spills. While, as regards ARPA data and water levels, the limited number of available data has made it difficult to identify possible correlations. Lastly, turbidity and suspended solids maps were realized for the sites of interest following a first calibration of the algorithms for estimating the aforementioned parameters, thanks to the availability of in situ data.

In questo studio un ampio set di misure satellitari, relativo a tre zone costiere della regione Puglia (Barletta, Molfetta e Torre Guaceto), è stato analizzato approfonditamente, andando a valutare l’impatto causato da eventi di precipitazione intensi sulla qualità delle acque costiere destinate alla balneazione, in termini di torbidità e TSS, con obiettivo finale il miglioramento dell’efficienza dei sistemi di scarico fognari posizionati lungo le coste delle aree in esame. Nella prima parte del lavoro ci si è concentrati sulla raccolta delle informazioni territoriali in modo da creare un buon database con cui confrontare le misure satellitari. Nel dettaglio, sono stati raccolti i dati pluviometrici, i dati delle portate degli scarichi della rete fognaria e le misure ARPA di Escherichia Coli e Enterococchi Intestinali per i tre siti d’interesse. Le misure satellitari utilizzate in questo lavoro sono state raccolte da tre satelliti multispettrali, nello specifico Landsat 7 ETM, Landsat 8 OLI e Sentinel-2A. Questi tre satelliti sono caratterizzati da distinte specifiche tecniche (risoluzione geometrica, spettrale e temporale) che portano a risultati differenti per lo stesso sito osservato in termini di spettri elettromagnetici (e.g. riflettanza nelle differenti bande di acquisizione). Di conseguenza è interessante osservare come determinate caratteristiche dell’oggetto osservato vengano colte da un satellite piuttosto che da un altro, come proprio accade in questo studio. Sono stati così analizzati differenti punti di misura nei tre casi studio, osservando una grande variabilità spaziale e temporale. Raggruppando insieme i diversi dati ricavati dai singoli satelliti, è stato quindi realizzato un ricco dataset di misure satellitari. Terminata la raccolta dei dati, e le successive analisi dei soli dati satellitari, si è proceduto alle correlazioni delle misure da satellite con le informazioni territoriali raccolte. Un’ampia e dettagliata analisi è stata condotta tra i dati satellitari e le serie di precipitazione, evidenziando alcuni incrementi di riflettanza dovuti a precipitazione, ma altri in periodi asciutti dovuti a scarichi fognari. Mentre, per quanto riguarda i dati ARPA e le portate, la scarsa numerosità dei dati disponibili ha reso difficile l’individuazione di possibili correlazioni. In ultimo, sono state realizzate delle mappe di torbidità e solidi sospesi per i siti d’interesse a seguito di una prima calibrazione degli algoritmi di stima dei suddetti parametri, grazie alla disponibilità di misure in sito.