The effect of selected inviolable flow characteristics on the results of environmental analysis using the example of river absorption capacity

• Autorzy: Wilk P. , Grabarczyk A.

Identyfikatory

DOI

10.24425/119702

Warianty tytułu

PL

Wpływ wybranych charakterystyk przepływu na wyniki analizy środowiskowej na przykładzie chłonności rzeki

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The parameter River Absorption Capacity (RAC) is understood as the load of pollutants introduced into a given river section which will not cause permanent and irreversible changes in the aquatic ecosystem nor change the classification of water quality in a given river calculation profile. The paper presents a method of determining the RAC using the Macromodel DNS/SWAT developed at IMGW-PIB. The selection of an appropriate inviolable flow plays an important role in calculating RAC. Therefore, the article presents the calculations for the three different non-invasive flows: Mean low flow (MLF – the Kostrzewa method), 7Q10 and Tennant. The results obtained in these ways are different from each other. The concept of ‘environmental flows’ continues to evolve in response to these challenges, emphasizing aquatic and riparian ecosystems as legitimate water users within an Integrated Water Resources Management. The analysis has shown that the choice of relevant data for environmental computation is decisive and the use of purely statistical methods to protect biological life in rivers is insufficient. Thus, the use of environmental flows to better describe the specifics of the analyzed basins seems to be most beneficial.

PL

Celem pracy było określenie wpływu wybranych przepływów nienaruszalnych na otrzymany wynik chłonności rzeki poszczególnych JCWP na zlewni Warty środkowej. Do osiągnięcia tego celu wykorzystano wyniki uzyskane z Makromodelu DNS/SWAT i trzech różnych metod obliczania przepływu nienaruszalnego: metoda Kostrzewy, przepływ 7Q10 i przepływ środowiskowy Tennanta. Wykorzystanie modelu SWAT jako modułu Makromodelu DNS znacznie rozszerzyło jego możliwości i pozwoliło obliczyć parametr RAC. Użycie SWAT pozwoliło na podzielenie analizowanej zlewni na poszczególne JCWP, a następnie wprowadzenie do modelu bardzo szczegółowych danych dotyczących zlewni. Makromodel DNS/SWAT pozwolił uzyskać dane o stężeniach i ładunkach zanieczyszczeń dla wszystkich siedemdziesięciu profili zamykających JCWP. Zlewnią wybraną do badań była Warta środkowa pomiędzy profilami Nowa Wieś Podgórna i Oborniki na której zlokalizowanych jest 70 JCWP. W pierwszej kolejności obliczono ładunki zanieczyszczeń wykorzystując metodę Kostrzewy, a następnie kolejne dwie metody. Otrzymane wartości ładunków zanieczyszczeń posłużyły do obliczeń chłonności rzeki (RAC). W przypadku azotu ogólnego dla każdego z wybranych przepływów nienaruszalnych tylko trzy JCWP uzyskały ujemne wartości chłonności. W przypadku fosforu ogólnego aż 11 JCWP uzyskało ujemną wartość chłonności. Ujemną wartość chłonności dla fosforu ogólnego uzyskały m.in. JCWP zlokalizowane poniżej miasta Poznania. Wybór odpowiedniej metody obliczania przepływu nienaruszalnego ma kluczowe znaczenie dla obliczeń środowiskowych takich jak wyznaczanie chłonności rzeki. Wybór zbyt restrykcyjnego przepływu nienaruszalnego może mieć negatywne skutki dla całej zlewni.

Słowa kluczowe

EN

nutrients; river absorption capacity; RAC; macromodel; DNS/SWAT; inviolable flow

PL

składniki odżywcze; zdolność absorpcji rzeki; chłonność rzeki; RAC; makromodel; DNS/SWAT; nienaruszalny przepływ

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 44, no. 2
• Strony: 14--25
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz., mapki, rys., tab.

Twórcy

autor

Wilk P.

• Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute, Poland

autor

Grabarczyk A.

• Institute of Meteorology and Water Management – National Research Institute, Poland

Bibliografia

• 1. Abbaspour, K.C. (2008). SWAT-CUP2: SWAT calibration and uncertainty programs – a user manual. Department of Systems Analysis. Integrated Assessment and Modelling (SIAM), Eawag, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology, Duebendorf, Switzerland.
• 2. Alameddine, I., Qian, S.S. & Reckhow, K.H. (2011). A Bayesian changepoint-threshold model to examine the effect of TMDL implementation on the flow-nitrogen concentration relationship in the Neuse River basin, Water Research, 45(1), pp. 51–62.
• 3. Byczkowski, A. (1999). Hydrologia, v. II. Warsaw University of Life Sciences publishing house.
• 4. CORINE – CORINE LAND COVER: (http://www.eea.europa.eu/themes/landuse/interactive/clc-download (12.07.2016)).
• 5. Chmielowski, W.Z. & Jarząbek, A. (2008). Exercises and projects in water management: a didactic aid. (in Polish)
• 6. Di Bucchianico, A. (2008). Coefficient of determination (R2). Encyclopedia of Statistics in Quality and Reliability.
• 7. D. 91/676 / EEC of 12 December 1991 concerning the protection of waters against pollution caused by nitrates from agricultural sources. Dz. U. UE L, 91. (in Polish)
• 8. Directive 2000/60/EC of the European Parliament and of the Council of 23 October 2000 establishing a framework for Community action in the field of water policy.
• 9. Haan, C.T. (2002). Statistical methods in hydrology. The Iowa State University Press.
• 10. IUNG – Map of soil categories of the Ministry of Agriculture and Rural Development – Institute of Soil Science and Plant Cultivation (http://www.susza.iung.pulawy.pl/index.html?str=mapkat, (20.07.2016)). (in Polish)
• 11. Kostrzewa, H. (1977). Verification of criteria and inviolable flow volume for Polish rivers, Institute of Meteorology and Water Management. (in Polish)
• 12. Michałkiewicz, M., Mądrecka, B., Dysarz, T., Joniak, T. & Szeląg-Wasielewska, E. (2011). The impact of the city of Poznan on the quality of waters of the river Warta, Science Nature Technologies, 5(5), 89. (in Polish)
• 13. Matthews, J.H., Forslund, A., McClain, M.E. & Tharme, R.E. (2014). More than the fish: environmental flows for good policy and governance, poverty alleviation and climate adaptation, Aquatic Procedia, 2, pp. 16–23.
• 14. Młyński, D. & Wałęga, A. (2015). An analysis of the possibilities of using the Tennat method to determine the environmental flow in a mountain catchment, Episteme, 1, pp. 323–332. (in Polish)
• 15. MPHP 2013 – The Map of Hydrographic Divisions of Poland.
• 16. Neitsch, S.L., Arnold, J.G., Kiniry, J.R. & Williams, J.R. (2011). Soil and water assessment tool theoretical documentation version 2009, Texas Water Resources Institute.
• 17. Ormsbee, L., Albritton, B., White, E. & Peterson, K. (2016). Disaggregated streamflow approach for improving water-quality modeling, Journal of Hydrologic Engineering, 22(4), 06016019.
• 18. Ostojski, M.S. (2012). Modeling of the processes of discharge of nutrients to the Baltic: on the example of nitrogen and total phosphorus, PWN Scientific Publishing House. (in Polish)
• 19. Ostojski, M., Wilk, P., Gębala, J. & Orlińska-Woźniak, P. (2015). Hourly variability of total phosphorus concentrations on the example of the Słupia river catchment, Polish Journal of Agronomy, 22. (in Polish)
• 20. Özdemir, A.D., Karaca, Ö. & Erkuş, M.K. (2007). Low flow calculation to maintain ecological balance in streams, In: International Congress on River Basin Management, Antalya.
• 21. Operacz, A. (2015). Determination of intrinsic flow values in investments related to surface waters according to the Kostrzewa method, Economy and Environment, (1), pp. 100–109. (in Polish)
• 22. Ozga-Zielińska, M. & Brzeziński, J. (1997). Applied hydrology, Publisher Scientific PWN. (in Polish)
• 23. Pyrce, R. (2004). Hydrological low flow indices and their uses, Watershed Science Centre, (WSC) Report, (04-2004).
• 24. Szymczak, T. (2002). The problem of determining the invasive flow in the conditions of small lowland catchments, Water-Environment-Rural Areas, 2(1), pp. 137–154. (in Polish)
• 25. Regulation of the Minister of the Environment (2011) of 9 November 2011 on how to standardize the state of surface water bodies and environmental quality standards for priority substances, Set Journal, (257). (in Polish)
• 26. Williams, M.R., Bhatt, G., Filoso, S. & Yactayo, G. (2017). Stream Restoration Performance and Its Contribution to the Chesapeake Bay TMDL: Challenges Posed by Climate Change in Urban Areas, Estuaries and Coasts, pp. 1–20.
• 27. Wilk, P. (2015) Calculation method River Absorption Capacity as a tool for assessing the physicochemical state of surface water flowing. Dissertation, IMGW-PIB. (in Polish)
• 28. Wilk, P., Orlińska-Woźniak, P. & Gębala, J. (2017). Variability of nitrogen to phosphorus concentration ratio on the example of a selected coastal river basin, Scientific Review Engineering and Environmental Sciences, 26 (1), pp. 55–65. (in Polish)
• 29. Verma, R.K., Murthy, S. & Tiwary, R.K. (2015). Assessment of environmental flows for various sub-watersheds of Damodar river basin using different hydrological methods, Journal Waste Resources, 5(182), 2.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).