The influence of morphometry on the spatial variability of bottom sediments pollution in a shallow lowland dam reservoir

• Autorzy: Kostecki Maciej

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.1215

Warianty tytułu

PL

Wpływ morfometrii na przestrzenną zmienność zanieczyszczenia osadów dennych w płytkim nizinnym zbiorniku zaporowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The relationship between morphometric conditions and the state of contamination of bottom sediments was investigated in terms of protection and restoration of limnic ecosystems. The study showed a high similarity of spatial variability of various types of pollutants including metals and polycyclic aromatic hydrocarbons, and in the case of phosphorus its speciation forms in the bottom sediments of the studied ecosystem. This indicates a common transport mechanism for these pollutants, in which suspended solids play a decisive role. The linear velocity of water flow is a determining factor in the transport of suspended solids shaping the distribution and degree of contamination of bottom sediments within a shallow, lowland dam reservoir. Morphometric conditions affect the spatial variability of the linear velocity of water flow, which is reflected in the spatial variability of contaminant concentrations in bottom sediments along the direction of water flow. The highest concentrations of pollutants, including organic matter, phosphorus, metals and PAHs are deposited in the pelagic zone of the reservoir. Knowledge of hydrological conditions and understanding of the physical properties of allochthonous suspensions provides an opportunity to control the process of sedimentation of suspensions through appropriate shaping of the bottom and surface of transverse profiles, determining the linear velocity of water flow.

PL

Artykuł koncentruje się na korelacjach między warunkami morfometrycznymi i hydrodynamicznymi a zanieczyszczeniem osadów dennych z punktu widzenia ochrony i rekultywacji ekosystemów limnicznych. Przeprowadzone badania wykazały duże podobieństwo w przestrzennej zmienności różnych zanieczyszczeń, w tym specjajnych form fosforu, metali i wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, w osadach dennych badanego ekosystemu. Badania wskazują na wspólny dla tych zanieczyszczeń mechanizm transportu, w którym kluczową rolę odgrywają zawiesiny. Prędkość liniowa przepływu wody jest czynnikiem decydującym o transporcie zawiesin. Kształtuje ona rozkład i poziom zanieczyszczeń w osadach dennych w płytkim nizinnym zbiorniku zaporowym. Warunki morfometryczne wpływają na przestrzenną zmienność prędkości liniowej przepływu wody, co znajduje odzwierciedlenie w alokacji zanieczyszczeń w ekosystemie w kierunku przepływu wody. Najwyższe stężenia zanieczyszczeń (w tym materii organicznej, fosforu, metali i WWA) odkładają się w strefie pelagicznej zbiornika. Zrozumienie warunków hydrodynamicznych i znajomość właściwości fizycznych wykazywanych przez zawiesiny allochtoniczne stwarzają możliwość sterowania procesem sedymentacji zawiesiny poprzez odpowiednie ukształtowanie dna i profili poprzecznych określających prędkość liniową przepływu wody.

Słowa kluczowe

EN

shallow lowland dam-reservoirs; bottom sediment; metals; phosphorus spatial forms; PAHs; morphometry

PL

płytkie nizinne zbiorniki zaporowe; osady denne; metale; specjacja fosforu; WWA; morfometria; prędkość liniowa przepływu

• Wydawca: Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe SGSP / Szkoła Główna Służby Pożarniczej
• Rocznik: 2023
• Tom: Nr 88 (tom 1)
• Strony: 45--60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kostecki Maciej

• Institute of Environmental Engineering of PAS

• https://orcid.org/0000-0002-2388-2718

Bibliografia

• 1. Kostecki, M., (2003). Allocation and transformations of selected pollutants in the dam reservoirs of the Kłodnica river hydrotube and the Gliwice Canal. Prace i Studia IPIŚ PAN, No. 57, p. 124. (in Polish)
• 2. Gierszewski, P., (2018). Hydromorphological conditions of the functioning of the geoecosystem of the Włocławski reservoir. Warsaw: Institute of Geography and Spatial Organization of the Polish Academy of Sciences.
• 3. Kostecki, M., Kowalski, E., (2004). Allocation of heavy metals in bottom sediments of the Rybnik Reservoir, Archiwum Ochrony Środowiska, 4, pp. 53–64. (in Polish)
• 4. Kostecki, M., Tuszyński, M., (2007). Radioisotopes in bottom sediments of selected anthropogenic reservoirs of Upper Silesia. Prace i Studia IPIŚ PAN, No. 87. (in Polish)
• 5. Kosov, V.I., Kosova, I.V., Levinskii, V.V., Ivanov, G.N., Khilchenko, A.I., (2004). Distribution of Heavy Metals in Lake Seliger Bottom Deposits. Water Resources, vol. 31, 1, pp. 46–54.
• 6. Kostecki, M., (2000). Suspension solids as an element of anthropogenic aquatic ecosystem pollution on the example of the Dzierżno Duże dam reservoir (Śląskie Voivodeship). Archiwum Ochrony Środowiska, vol. 26, No. 4, pp. 75–94. (in Polish)
• 7. Nocoń, W., Barbusiński, K., Nocoń, K., Kernert, J., (2013). Analysis of changes in the load of trace metals transported along with suspensions along the river course, Ochrona Środowiska, 35, 1, pp. 33–38. (in Polish)
• 8. Moses, S.A., Letha, J., Sabu, J., (2011). Influence of lake morphology on water quality, Environmentasl Monitoring and Assessment, Vol. 182, Issue: 1–4, pp. 443–454.
• 9. Stefanidis, K., Papastergiadou, E., (2012). Relationships between lake morphometry, water quality, and aquatic macrophytes, in greek lakes. Fresenius Environmental Bulletin, 21(10), 3018–3026.
• 10. Terasmaa, J., Punning, J.-M., (2006). Sedimentation dynamics in a small dimictic lake in northern Estonia. Proc. Estonian Acad. Sci. Biol. Ecol., 55, 3, 228–242.
• 11. Zhou, Q., Christopher, E., Gibson, E., Yinmei Z., (2001). Evaluation of phosphorus bioavailability in sediments of three contrasting lakes in China and the UK. Chemosphere, 42, pp. 221–225.
• 12. Wisniewski, R., (1995). Rola resuspensji osadow w funkcjonowaniu ekosystemow wodnych. Toruń: UMK.
• 13. Baran, A., Tarnawski, T., Koniarz, T., (2016). Spatial distribution of trace elements and ecotoxicity of bottom sediments in Rybnik reservoir, Silesian-Poland. Environmental Science and Pollution Research, 23, 17, pp. 7255–17268.
• 14. Wojtkowska, M., (2014). Heavy metals in water, sediments and plants of the Zegrzyńskie Lake. Progress in Plants Protection, 54 (1).
• 15. Szarek-Gwiazda, E., (2013). Czynniki kształtujące stężenia metali ciężkich w rzece Rabie i niektorych karpackich zbiornikach zaporowych. Studia Naturae, 60.
• 16. Anishenko O.V., Glushenko L.A., Dubowskaya O.P., Zujev I.V., Ageev A.V., Ivanov E.A., (2015). Morphometry and metal concentrations in water and bottom sediments of mountain lakes in Ergaki Natural Park, Western Sayan Mountains. Water Resources, Vol. 42, Issue 5, pp. 670–682.
• 17. Wiatkowski, M., Wiatkowska, B., (2019). Changes in the flow and quality of water in the dam reservoir of the Mała Panew catchment (South Poland) characterized by mulitimedional data analysis. Archives of Environmental Protection, Vol. 45, no. 1, pp. 26–41.
• 18. Kuriata-Potasznik, A., Szymczyk, S., Skwierawski, A., Glińska-Lewczuk, K., Cymes, I., (2016). Heavy Metal Contamination in the Surface Layer of Bottom Sediments in a Flow-Through Lake: A Case Study of Lake Symsar in Northern Poland. Water, 8, 358, 1–15. doi:10.3390/w80803581
• 19. Ngujen, H.N., Leemakers, M., Osan, J., Tfrfrk, S., Bayenens, W., (2005). Heavy metals in Lake Balaton: water column, suspended matter, sediment and biota. Science of the Total Environment, vol. 340, 1–3, pp. 213–230.
• 20. Wojciechowska, E., Nawrot, N., Walkusz-Miotek, J., Matej-Łukowicz, K., Pazdro, K., (2019). Heavy Metals in Sediments of Urban Streams: Contamination and Health Risk Assessment of Influencing Factors. Sustainability, 11(3), 563. https://doi.org/10.3390/ su11030563
• 21. Kostecki, M., Nocoń, W., (2010). The role of a shallow lowland dam reservoir in the”river-reservoir-river” system. Part II. Transformations and balance of phosphorus compounds in the Słupsko reservoir. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 13, 4, pp. 245–257. (in Polish)
• 22. Kostecki, M., Nocoń, W., (2009). The role of a shallow lowland dam reservoir in the “river-reservoir-river” system. Part I. Selected hydrochemical indicators and the balance of nitrogen compounds in the Słupsko reservoir. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 12, 4, pp. 249–269. (in Polish)
• 23. Rzętała, M., (2008). Functioning of water reservoirs and the course of limnic processes under conditions of varied anthropopresion a case study of Upper Silesian Region, Wyd. Prace Naukowe Uniwersytetu Śląskiego, Nr 2643, Katowice. (in Polish)
• 24. Sojka, M., Jaskoła, J., Siepak, J., (2019). Heavy metals in bottom sediments of reservoirs in the lowland Area of Western Poland: Concentrations, Distribution, Sources and Ecological Risk. Water, 11(1), 56. https://doi.org/10.3390/w11010056
• 25. Potasznik, A., Szymczyk, S., (2015). Magnesium and calcium concentrations in the surface water and bottom deposits of a river-lake system. J. Elem., 20(3): 677–692. DOI: 10.5601/jelem.2015.20.1.788
• 26. Materials of regional water management Gliwice (2018). http://stany wod.gliwice.rzgw.gov.pl/stan.23, kozlowa-gora-(Brynica river).
• 27. Biedka, P., (2013). The influence of temperature changes on the course of processes related to eutrophication of lakes. Ekonomia i Środowisko, 2 (45), 242–254. (in Polish)
• 28. Kostecki, M., Kowalski, E., (2019). Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Bottom Sediments of Selected Anthropogenic Reservoirs in Terms of Catchment Area Development, Water Air and Soil Pollution, 230:292. doi.org/10.007/s11270-019-4331-6
• 29. Canavan, R.W., Van Capellen, P., Zwolskan, J.J.G, Van Der Berg, G.A., Slompt, C.P., (2007). Geochemistry of trace metals in a fresh water sediments; field results and diagenetic modelling. Science of Total Environment, 381, pp. 263–279.
• 30. Headley, J.V., Marsh, P., Acre, C.J., Peru, K.M., Lesack, L., (2002). Origin of polycyclic aromatic hydrocarbons in lake sediments of the Mackenzie Delta. J Environ Sci Health A Tox Hazard Subst Environ Eng, Vol. 37, 7, pp. 1159–1180. https://doi.org/10.1081/ESE-120005979