Time and Space Variability of Water Quality in the Inner-city River in Lublin from the Aspect of Existing Natural and Land Use Conditions

• Autorzy: Zubala Tomasz

Warianty tytułu

PL

Czasowa i przestrzenna zmienność jakości wody w rzece śródmiejskiej Lublina w aspekcie istniejących warunków naturalnych i użytkowania terenu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper evaluates the variability of water quality in Lublin’s inner-city river taking into account natural and anthropogenic factors that are likely to determine its pollution level. The study period was 2009-2016. The sampling points (SP) were situated in places with different degrees of investment in and use of adjacent grounds. The physical and chemical properties of waters were analysed on a seasonal basis. The values determined for the samples included temperature, conductivity, pH, suspended solids, O₂, BOD₅, COD, NH₄+, NO₃^-, NO₂^-, PO₄^-, SO₄^-, Fe⁺, K⁺ and Cl^-. Chemical composition was determined by means of a photometric method. The statistical Wilcoxon test was used for comparing water quality indicators for both SP s and in the cold and warm season. In 2013-2016 water levels and flow intensity (indirect, sectional method) were also measured at the mouth of the river. Most of the analysed indicators were characterised by the coefficient of variation exceeding 50%. The values were relatively highly differentiated for NH₄+, suspended solids, PO₄^-, BOD₅and NO₃^- (73.8-282.1%). On the other hand, low variability was observed for pH, O₂, SO₄^-and Fe⁺ (3.2-41.9%). The indicators that considerably deteriorated the quality of water in the river were NO₂^-, PO₄^-and Fe⁺ (risk of eutrophication). Considering the mean concentrations of pollutants and flow intensity (0.34 m³×s^-1), the annual discharge of NO₂^-and PO₄^-from the catchment could reach 1.39 and 5.15 Mg respectively. Worse water quality was recorded at the mouth of the river where the adjacent grounds were highly urbanised. This phenomenon can testify to a growing number of pollution sources down the river. Detailed observations confirmed that many considerably neglected and polluted areas existed within the examined section of the river valley (old buildings, road network, wasteland, illegal dump sites). Discharging untreated rainwater directly into the river bed is a huge problem (increased values for conductivity, suspended solids, COD and some nutrients). In the cold season 60% of the analysed indicators (mainly temperature, conductivity, NH₄⁺ and Cl^-) were more varied than in the warm season. Statistically significant differences were found for temperature, conductivity, O₂, PO₄^-, NO₃^-and Cl^-. In the winter months the values of conductivity and Cl- levels increased, which is connected with an influx of strongly polluted snowmelt into the river. The concentrations of PO₄^-and NO₃^-were higher in the warm season. It is likely that the supply of nutrients at that time was higher than required by the autotrophs. Due to a considerable variation of seasonal factors, they must be taken into account in developing the water resources management strategy for a catchment basin. Only a comprehensive approach to the problem of river water quality protection can generate positive effects. The necessary measures include detecting and eliminating all sources of pollution and reducing migration of the existing pollutants.

PL

W pracy dokonano oceny zmienności jakości wód śródmiejskiej rzeki Lublina z uwzględnieniem czynników naturalnych i antropogenicznych, mogących decydować o jej zanieczyszczeniu. Badania prowadzono w latach 2009-2016. Punkty kontrolno-pomiarowe usytuowano w miejscach o odmiennym stopniu zainwestowania i użytkowania terenu przyległego. Analizy właściwości fizyczno-chemicznych wód prowadzono sezonowo. W próbkach oznaczano temperaturę, przewodność, pH, zawiesinę, O₂, BOD₅, ChZT, NH₄+, NO₃^-, NO₂^-, PO₄^-, SO₄^-, Fe⁺, K⁺ i Cl^-. Składniki chemiczne były określane metodą fotometryczną. Test statystyczny Wilcoxon wykorzystano do porównania wskaźników jakości wody w obydwu punktach pomiarowych oraz w półroczu chłodnym i ciepłym. W latach 2013-2016 w odcinku ujściowym rzeki wykonywano również pomiary stanów wody i natężenia przepływu (metoda pośrednia odcinkowa). Większość analizowanych wskaźników cechował współczynnik zmienności przekraczający 50%. Stosunkowo duże zróżnicowanie wartości dotyczyło NH₄+, zawiesiny, PO₄^-, BOD₅i NO₃^- (73,8-282,1%). Natomiast niską zmienność obserwowano w przypadku pH, O₂, SO4- i Fe⁺ (3,2-41,9%). Wskaźnikami, które w znacznym stopniu obniżały jakość wody rzecznej były NO₂^-, PO₄^- i Fe⁺ (zagrożenie eutrofizacją). Uwzględniając średnie stężenia zanieczyszczeń oraz natężenie przepływu (0.34 m³×s^-1), roczne ładunki NO₂^-i PO₄^- odprowadzane ze zlewni mogły osiągnąć kolejno 1,39 oraz 5,15 Mg. Gorszą jakość wody odnotowano w ujściowym odcinku rzeki, z silnie zurbanizowanym terenem przyległym. Zjawisko to może świadczyć o rosnącej ilości źródeł zanieczyszczeń wraz z jej biegiem. Szczegółowe obserwacje potwierdziły istnienie wielu obszarów mocno zaniedbanych i zanieczyszczonych w rejonie badanego fragmentu doliny (stara zabudowa, sieć drogowa, nieużytki, nielegalne składowiska odpadów). Duży problem stanowi odprowadzanie nieoczyszczonych wód deszczowych bezpośrednio do koryta rzeki (wzrost wartości przewodności, zawiesiny, ChZT i niektórych biogenów). W półroczu chłodnym 60% analizowanych wskaźników cechowała większa zmienność niż w półroczu ciepłym (głównie temperatura, przewodność, NH₄+i Cl^-). Ważne statystycznie różnice stwierdzono w przypadku temperatur, przewodności, O₂, PO₄^-, NO₃^-i Cl^-. W miesiącach zimowych rosła wartość przewodności i Cl^-, co wiąże się z dopływem silnie zanieczyszczonych wód roztopowych do rzeki. PO₄^- i NO₃^- miały wyższe stężenia w półroczu ciepłym. Dostawa składników odżywczych w tym okresie prawdopodobnie przewyższała zapotrzebowanie autotrofów. Znaczna zmienność czynników sezonowych wskazuje na konieczność ich uwzględniania w opracowywaniu strategii zarządzania zasobami wodnymi zlewni. Jedynie kompleksowe podejście do problemu ochrony jakości wód rzecznych może przynieść pozytywne efekty. Wśród niezbędnych działań należy wymienić wykrycie i eliminację wszystkich źródeł zanieczyszczeń oraz ograniczanie migracji zanieczyszczeń już powstałych.

Słowa kluczowe

EN

river water; pollutants; urbanised area; environmental protection

PL

woda rzeczna; zanieczyszczenia; teren zurbanizowany; ochrona środowiska

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2019
• Tom: Tom 21, cz. 1
• Strony: 712--727
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Zubala Tomasz

• University of Life Sciences in Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. ADAPTCITY (2019). Gospodarowanie wodami opadowymi i roztopowymi w Lublinie. http://adaptcity.pl/gospodarowanie-wodami-opadowymi. Accessed 14 April 2019.
• 2. Beck, H.J., Birch, G.F. (2012). Metals, nutrients and total suspended solids discharged during different flow conditions in highly urbanised catchments. Environmental Monitoring and Assessment, 184(2), 637-653.
• 3. Birgand, F.R., Skaggs, R.W., Chescheir, G.M., Gilliam, J.W. (2007). Nitrogen removal in streams of agricultural catchments - a literature review. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 37 (5), 381-487.
• 4. Carroll, S., Liu, A., Dawes, L., Hargreaves, M., Goonetilleke, A. (2013). Role of land use and seasonal factors in water quality degradations. Water Resource Management, 27, 3433-3440.
• 5. Chełmicki, W. (2002). Woda – zasoby, degradacja, ochrona. Warszawa: PWN.
• 6. Chi, G., Ma, J., Shi, Y., Chen, X. (2016). Hyperspectral remote sensing of cyano-bacterial pigments as indicators of the iron nutritional status of cyanobacteria-dominant algal blooms in eutrophic lakes. Ecological Indicators, 71, 609-617.
• 7. CSO (Central Statistical Office) (2009). Environment 2009. Warsaw: Statistical Information and Elaborations.
• 8. CSO (Central Statistical Office) (2011). Environment 2011. Warsaw: Statistical Information and Elaborations.
• 9. CSO (Central Statistical Office) (2013). Environment 2013. Warsaw: Statistical Information and Elaborations.
• 10. CSO (Central Statistical Office) (2014). Environment 2014. Warsaw: Statistical Information and Elaborations.
• 11. DEFRA (Department for Environment Food and Rural Affairs) (2009). Protecting our water, soil and air: a code of good agricultural practice for farmers, growers and land managers. Norwich: The Stationery Office.
• 12. Gajkowska-Stefańska, L., Guberski, S., Gutowski, W., Mamak, Z., Szperliński, Z. (2007). Laboratoryjne badania wody, ścieków i osadów ściekowych. Warszawa: Wyd. Politechniki Warszawskiej.
• 13. Geiger, W., Dreiseitl, H. (1999). Nowe sposoby odprowadzania wód deszczowych. Bydgoszcz: Projprzem-EKO.
• 14. Geoportal Miejski (2019). System Informacji Przestrzennej Lublina. https://geoportal. lublin. eu/sipl/app/index. Accessed 11 April 2019.
• 15. Goonetilleke, A., Thomas, E., Ginn, S., Gilbert, D. (2005). Understanding the role of land use in urban stormwater quality management. Journal of Environmental Management, 74(1), 31-42.
• 16. Hat, B.E., Fletcher, T.D., Walsh, J., Taylor, S. (2004). The influence of urban density and drainage infrastructure on the concentrations and loads of pollutants in small streams. Environmental Management, 34 (1), 112-124.
• 17. Imhoff, K., Imhoff, K.R. (1996). Kanalizacja miast i oczyszczanie ścieków. Bydgoszcz: Projprzem-EKO.
• 18. Jarvie, H.P., Whitton, B.A., Neal, C. (1998). Nitrogen and phosphorus in east coast British rivers: Speciation, sources and biological significance. Science of The Total Environment, 210/211, 79-109.
• 19. Jennings, D.B., Jarnagin, S.T. (2002). Changes in anthropogenic impervious surfaces, precipitation and daily streamflow discharge: A historical perspective in a mid-Atlantic subwatershed. Landscape Ecology, 17, 471-489.
• 20. Juang, D.F., Tsai, W.P., Liu, W.K., Lin, J.H. (2008). Treatment of polluted river water by a gravel contact oxidation system constructed under riverbed. International Journal of Environmental Science and Technology, 5(3), 305-314.
• 21. Kabata-Pendias, A., Pendias, H. (1993). Biogeochemia pierwiastków śladowych. Warszawa: PWN.
• 22. Kaszewski, B.M. (2008). Klimat. W: Uziak, S., Turski, R. (red.), Środowisko przyrodnicze Lubelszczyzny. Lublin: Lubelskie Towarzystwo Naukowe, 75-111.
• 23. Khan, A.F., Ansari, A.A. (2005). Eutrophication: An ecological vision. The Botanical Review, 71(4), 449-482.
• 24. Liu, A., Goonetilleke, A., Egodawatta, P. (2012). Inherent errors in pollutant build-up estimation in considering urban land use as a lumped parameter. Journal of Environmental Quality, 41, 1690-1694.
• 25. Mallin, M.A., Johnson, V.L., Ensign, S.H. (2009). Comparative impacts of stormwater runoff on water quality of an urban, a suburban, and a rural stream. Environmental
• 26. Monitoring and Assessment 159(1-4), 475-491.
• 27. Michalczyk, Z., Bartoszewski, S., Głowacki, S., Sposób, J. (2011). Charakterystyka hydrologiczna dorzecza Czerniejówki. Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska, Sectio B 66 (2), 49-63.
• 28. Ociepa, E., Mrowiec, M., Deska, I., Okoniewska, E. (2015). Snow cover as a medium for deposition of pollution. Rocznik Ochrona Środowiska, 17, 560-575.
• 29. Peng, H.-Q., Liu, Y., Wang, H.-W., Gao, X.-L., Ma, L.-M. (2016). Event mean concentration and first flush effect from different drainage systems and functional areas during storms. Environmental Science and Pollution Research, 23, 5390-5398.
• 30. Petrucci, G., Gromaire, M.-C., Shorshani, M.F., Chebbo, G. (2014). Nonpoint source pollution of urban stormwater runoff: a methodology for source analysis. Environmental Science and Pollution Research, 21, 10225-10242.
• 31. Poskrobko, B. (2007). Zarządzanie środowiskiem. Warszawa: Polskie Wydawnictwo Ekonomiczne.
• 32. Rivett, M.O., Cuthbert, M.O., Gamble, R., Connon, L.E., Pearson, A., Shepley, M.G., Davis, D. (2016). Highway deicing salt dynamic runoff to surface water and subsequent infiltration to groundwater during severe UK winters. Science of the Total Environment, 565, 324-338. US (Urząd Statystyczny) (2017). Miasto Lublin. Lublin: Statystyczne Vademecum Samorządowca.
• 33. Zubala, T. (2018). Technical and natural conditions and operating efficiency of a municipal stormwater treatment plant. Environmental Science and Pollution Research, 25, 952-962.
• 34. Zubala, T., Patro, M. (2015). Rainwater reservoirs in the urban landscape – case study. Journal of Ecological Engineering, 16(5), 128-132.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).