Water turbidity in West Africa : the Bagré (Take5) experiment

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The aim of "Bagré 2015" campaign was to closely monitor the spatio-temporal evolution of turbidity and Total Suspended Matters (TSM) in the water of Bagré Lake, the second biggest lake in Burkina Faso, where the concentrations are particularly heavy. Micro-organism find a favourable terrain in the suspended matters. The turbid waters which are absorbed or used by inhabitants to wash themselves or clothes or food, or to play, with a high risk of contamination. In Sub-Saharan Africa, many regions lack water quality networks and their health systems can be insufficient. Monitoring water quality can therefore contribute to mitigating this health hazard.

SPOT5 (Take5) images over Bagré Lake.

 

Monitoring of turbid waters


The SPOT5 (Take5) image time series shows the propagation of turbid waters after the start of the reain season, beginning inthe upstream part in june, the middle  part in July and August and the downstream part in September. It may be seen on the images above, acquired on the 11/04, 15/06, 05/07, 04/08, 19/08, 13/09, where the initially blue waters progressively turn yellow and green).

 

In order to asses our methods for turbidity and TSM monitoring, routine measurements were set-up from April the 16th, at the downstream end of the lake. A terrain campaign was also held between the 21st of July and the 5th of August 2015 (thanks to a French PNTS funding). Water samples were analysed to quantify turbidity (70 measures) and TSM (53 measures). 28 radiometric measurements (pictures 1 &2) and 12 absorption coefficients (Kd) (Picture 3 and map) were also recorded from a boat in all the lake parts (Picture 4).

Picture 1 :TriOs radiometer for reflectance measurements Picture 2: Reflectance measurements Picture 3 : TriOs Radiometer absorption coefficient measurement

Picture 4 : the boat used for water sampling and radiometric measurements

 

Preliminary results

The early results show nice relations between the NIR/RED surface reflectance ratio, and the in-situ turbidity and TSM. on a large range of values. The high resolution images will allow us to precisely document the lake dynamics, the contribution of each tributary and catchment, and the role of their land use. The measurements cruises also enabled to spot a few hippos, but the crocodiles did not show themselves...

 

Some samples were analysed with a scanning electro microscope to measure the size and type of the particles. Most of them have a diameter between 1 and 2 microns, and are mostly clays (kaolinite, illite and smectite).

 

All this work is done in the broader framework on continental water colour group within THEIA, in view of Sentinel-2 data use.

 

Elodie Robert, Manuela Grippa, Laurent Kergoat, Jean-Michel Martinez, Sylvain Pinet, Laetitia Gal, Nogmana Soumaguel

Turbidité des eaux en Afrique de l'Ouest: la campagne "Take 5" Bagré 2015.

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L’objectif de la campagne 'Bagré 2015' était de suivre finement l’évolution spatio-temporelle de la turbidité et des matières en suspension (MES) dans l’eau du lac de Bagré, deuxième plus grand réservoir du Burkina-Faso, dans un contexte où les valeurs de ces paramètres sont particulièrement élevées. Les matières en suspensions sont des vecteurs des contaminants microbiologiques, les microorganismes se développant particulièrement sur les particules en suspension. Les eaux fortement turbides, qui sont consommées directement ou avec lesquelles les habitants sont en contact (lessive, bain, lavage des légumes, jeux) constituent donc un risque important pour la santé. En Afrique subsaharienne, de nombreuses régions ne bénéficient pas de réseaux de suivi de la qualité de l'eau, et disposent de systèmes de santé parfois insuffisants. Le suivi de la turbidité est donc important pour quantifier cet aléa sanitaire.

 

Arrivée des eaux turbides


La série d'images SPOT5 (Take5) montre une propagation des eaux fortement turbides avec l'arrivée de la saison des pluies, depuis l’amont du lac en juin, les zones médianes en juillet-août jusqu’à l’aval en septembre (voir les images ci-dessus acquises les 11/04, 15/06, 05/07, 04/08, 19/08, 13/09). Vous pouvez voir le changement de couleur des eaux de ce lac avec un passage du bleu au marron-beige.

 

Pour valider l’algorithme à retenir pour suivre la turbidité et les MES, des relevés de routine ont été mis en place depuis le 16 avril 2015 sur un point localisé à l’aval du réservoir. Une mission terrain s’est également déroulée entre le 21 juillet et le 5 août 2015 (financement du PNTS). Des relevés d’eau ont été effectués mesurer la turbidité et les MES (70 et 53 mesures). Nous avons aussi pris 28 mesures radiométriques de terrain (photos 1 et 2) et 12 mesures de coefficient d’absorption (Kd) (photo 3 et carte). Ces mesures se sont déroulées à l’aide d’un bateau dans les différentes zones du lac de Bagré depuis l’amont jusqu’à l’aval (photo 4).

Photo 1 : Radiomètre TriOs, mesures de réflectance Photo 2: Mesures de réflectance avec les radiomètres TriOs Photo 3 : Radiomètre TriOs pour la mesure du coefficient d'absorption

Photo 4 : Bateau utilisé pour les prélèvements d’eau et les mesures radiométriques

 

Résultats préliminaires de la campagne

Les résultats en cours d'analyse montrent de très bonnes relations entre les rapports des réflectances PIR/rouge in situ et les MES et la turbidité, sur une gamme importante de variation. La haute résolution permettra de décrire finement le fonctionnement du lac, le rôle des différents affluents, des différents bassins versant et de l'usage des sols associé.  Les relevés de terrain ont permis de détecter également quelques hippopotames, mais les crocodiles sont restés invisibles...

 

Des échantillons ont été analysés au microscope électronique à balayage afin d'identifier la taille et les types de particules rencontrées et détectées. La majorité des particules a une taille variant entre 1 et 2 microns. Il s’agit principalement d'argiles (kaolinite, d’illite et de smectite).

 

Ce travail participe à une action plus large sur la couleur des eaux continentales (CES Couleurs des eaux continentales - Theia) et l'utilisation de Sentinel 2 en particulier.

 

Elodie Robert, Manuela Grippa, Laurent Kergoat, Jean-Michel Martinez, Sylvain Pinet, Laetitia Gal, Nogmana Soumaguel