Using an unmanned aerial vehicle (UAV) for lake management: ecological status, lake regime shift and stratification processes in a small Mediterranean karstic lake

• Autores: José Luis Moreno Alcaraz, José Fernando Ortega Álvarez, Miguel Ángel Moreno Hidalgo, Rocío Ballesteros González
• Localización: Limnetica, ISSN 0213-8409, Vol. 41, Nº. 2, 2022, págs. 355-375
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Uso de un vehículo aéreo no tripulado (VANT) para la gestión de lagos: estado ecológico, cambio de régimen y procesos de estratificación en una pequeña laguna cárstica mediterránea
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• Resumen
  • English

    High-resolution remote sensing imagery by unmanned aerial vehicles (UAVs) has been used as a tool for the environmental management of natural resources. Monitoring programmes that evaluate the ecological status of water bodies according to the Water Framework Directive (WFD) involve significant costs and sampling efforts that can be reduced by using UAVs. UAV imagery was used to measure some metrics of the “macrophytes and phytobenthos” biological quality element (BQE), which is required to assess the ecological status of European lakes; e.g. the percentage cover of hydrophytes and helophytes. Eight UAV flights took place during an annual cycle (July 2016 to July 2017) in a small karstic lake located in southeast Spain. Limnolog- ical surveys of physicochemical (temperature, conductivity, dissolved oxygen, pH) and biological (pigments) parameters were simultaneously performed to correctly interpret the UAV images. For each flight performance, an orthomosaic of georeferenced RGB images was obtained, and the different features of interest were monitored and quantified by an automated identification and classification system (the LAIC software). The UAV images allowed us to not only evaluate the lake’s ecological status by measuring macrophyte metrics, but to also detect relevant ecological events for environmental management. A gradual burial process of charophyte meadows by the proliferation of periphytic cyanobacterial was detected in an early state by UAV images.

    Stratification processes, such as hypolimnetic sulphur bacteria blooms or metalimnetic white colloidal layers, were also ob- served by UAV imaging. We conclude that UAV imagery is a useful tool for environmental lake management.

  • English

    La teledetección de alta resolución obtenida mediante vehículos aéreos no tripulados (VANTs), viene siendo utilizada como herramienta en la gestión de los recursos naturales. Los programas de seguimiento para evaluar el estado ecológico de las masas de agua según la Directiva Marco del Agua suelen implicar altos costes y esfuerzos de muestreo, que podrían reducirse utilizando VANTs. En el presente estudio, se han utilizado las imágenes obtenidas con VANTs para medir algunas métricas del elemento biológico “macrófitos y fitobentos” requeridas en la evaluación del estado ecológico de los lagos europeos, como son el porcentaje de cobertura de hidrofitos y helófitos. El estudio se llevó a cabo en un pequeño lago cárstico del sureste de España, donde se realizaron un total de ocho vuelos durante un ciclo anual (julio de 2016 a julio 2017). Para interpretar correctamente las imágenes obtenidas con VANTs, simultáneamente se registraron algunos parámetros limnológicos fisicoquí- micos (temperatura, conductividad, oxígeno disuelto, pH) y biológicos (pigmentos). Para cada vuelo se obtuvo un ortomosaico de imágenes RGB georreferenciadas, y se identificaron y cuantificaron los diferentes elementos de interés mediante un sistema automático de identificación y clasificación. Las imágenes obtenidas permitieron no solo evaluar el estado ecológico del lago sino también detectar procesos ecológicos relevantes para la gestión del lago. Por ejemplo, se detectó en estado temprano un proceso de enterramiento de las praderas de carófitos por la proliferación de tapetes perifíticos de cianobacterias. Adicio- nalmente, se detectaron procesos de estratificación como la formación de blooms de bacterias púrpuras del azufre en el hipo- limnion, o de capas coloidales de color blanco en el metalimnion. Se puede concluir que las imágenes obtenidas con VANTs pueden ser herramientas útiles en la gestión medioambiental de los lagos.