The aim of this study was to assess the spatial distributions of total trace elements content in the bottom sediments of Dzierżno Duże water reservoir, along with the comparison of the accuracy and characteristics of Kriging and IDW interpolations. On the basis of regular measurement grid consisting of 53 points, bottom sediments samples were collected. Mean values of total trace elements content in bottom sediments of Dzierżno Duże were as follows: Zn – 410 mg/kg, Pb – 57 mg/kg, Cr – 36 mg/kg, Cu – 40 mg/kg, Cd – 5 mg/kg, Ni – 16 mg/kg and Ba – 267 mg/kg. According to the geochemical quality classification, the concentrations of Cd in 32% of samples were assigned to class IV (heavily contaminated), 45% to class III (contaminated), Zn in 42% samples to class III with 1 sample in class IV and 26% to class II (slightly contaminated), Pb in 9% to class III and 58% to class II, Cu in 4% to class III and 68% to class II, Cr in 17% to class II, Ni in 55% to class II, Ba in 8% to class III and 61% in class II. Coefficient of determination was determined between each case of trace elements content. The highest correlation (R2 in range from 0.81 to 0.96) was observed between Zn and Pb, Zn and Cu, Zn and Cr, Zn and Ni, Pb and Cu, Pb and Cr, Cu and Cr, Cr and Ni. Significant correlation (R2 in range from 0.70 to 0.80) occurred between: Zn and Cd, Pb and Ni, Cu and Ni, Cd and Ni. The lowest correlations (R2 in range from 0.25 to 0.70) were observed between concentration of Ba and the rest of trace elements. Two different interpolation methods were chosen for the purpose of generating spatial distributions – Inverse Distance Weighted and Ordinary Kriging. These methods were chosen for purpose of obtaining optimal accuracy result of spatial distributions. The distributions of trace elements content were classified by means of geochemical criteria. In the case of accuracy comparison between IDW and Ordinary Kriging, the former had slightly better results in terms of mean value and root mean square. The generated spatial distributions allowed to determine the most contaminated areas, which were mainly northern-central and southern-central parts of water Dzierżno Duże reservoir.
The aim of the study was to evaluate the contents of phosphorus and nitrogen in bottom sediments of the Ostrowy water reservoir. Furthermore, concentrations of aluminium, iron, organic matter were determined and the depth was measured. The evaluation was made using spatial modelling to obtain spatial distributions of the elements studied. Aluminium and nitrogen concentrations were classified according to the Persaud criteria. An attempt was also made to determine the possible relationships between nitrogen and phosphorus, and the content of organic matter, iron and aluminium in the material studied. Bottom sediment samples were collected based on a regular measurement grid from 31 points in the area of the Ostrowy water reservoir. The material was subjected to laboratory analysis, with the contents of elements tested ranging from 0.25 to 9.76 g/kg for total nitrogen, 0.04 to 4.50 g/kg for total phosphorus, 0.48 to 31.40% for organic matter, 0.57 to 12.64 g/kg for aluminium, and 1.70 to 30.70 g/kg for iron. Based on the Persaud classification, the major area of the reservoir is characterized by moderate and high risks resulting from the nitrogen content and low and moderate risk due to the presence of phosphorus. The correlations were also examined between organic matter and total nitrogen (R2 = 0.82), total nitrogen and Fe (R2 = 0.79), total nitrogen and Al (R2 = 0.74), organic matter and Fe (R2 = 0.82), organic matter and Al (R2 = 0.79), total phosphorus and Fe (R2 = 0.88), and total phosphorus and Al (R2 = 0.74). The GIS tools used to generate spatial distributions have proven to be extremely useful in environmental research. Using geoinformation, maps of spatial distributions of the elements studied were generated (the method of interpolation of inverse distance weighted was used). Bottom sediments of water reservoir in Ostrowy are characterized by higher contents of nitrogen and phosphorus in bottom part and lower in northern part. The distributions made it possible to accurately assess the studied area and can be effective in planning of monitoring and reclamation activities in the area of the Ostrowy water reservoir.
PL
Celem badań była ocena zawartości fosforu i azotu w osadach dennych zbiornika wodnego Ostrowy. W badanym materiale oznaczono również stężenie glinu i żelaza oraz zawartość materii organicznej. Przedstawiono także wyniki dotyczące pomiaru głębokości. Podjęto próbę wyznaczenia relacji między poziomem stężenia azotu i fosforu a zawartością substancji organicznej, żelaza i glinu w materiale badawczym. Próbki osadów dennych pobrano na podstawie regularnej siatki pomiarowej zlokalizowanej w obrębie zbiornika wodnego Ostrowy. Pozyskany materiał został poddany badaniom laboratoryjnym, zakres wartości poszczególnych elementów wynosił: azot całkowity 0,25÷9,76 g/kg, fosfor całkowity 0,04÷4,50 g/kg, zawartość materii organicznej 0,48÷31,40% suchej masy osadu dennego, glin 0,57÷12,64 g/kg, żelazo 1,70÷30,70 g/kg. Na podstawie klasyfikacji umożliwiającej ocenę potencjalnego wpływu zanieczyszczonych osadów na organizmy wodne stwierdzono, że przeważająca część zbiornika charakteryzowała się umiarkowanym oraz wysokim stopniem zagrożenia (ze względu na zawartość azotu) oraz niskim i umiarkowanym (ze względu na zawartość fosforu). Przy wykorzystaniu metody wagowanej odwrotnej odległości wyinterpolowano mapy przestrzennego rozkładu badanych elementów. Wykorzystane narzędzia GIS okazały się niezwykle przydatne w badaniach środowiskowych. Rozkłady przestrzenne umożliwiły dokładną analizę zawartości poszczególnych elementów oznaczonych w osadach dennych badanego obiektu oraz stanowiły podstawę do zaplanowania monitoringu oraz działań rekultywacyjnych na obszarze zbiornika Ostrowy.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The aim of this study was to evaluate the quality of bottom sediments of water reservoir Poraj by applying a set of sediment quality guidelines (SQGs) and a spatial analysis. Samples of bottom sediments were collected at 46 measuring points. Collected samples were analyzed in terms of total trace element content, toxicity and organic matter. Concentrations of three trace elementss were above PEC value: Zn (22% of samples), Pb (17%) and Cd (17%). Considering mean PECQ value, 17% of samples were predicted to be toxic. For TEC value, 76% of bottom sediments samples were predicted to be non-toxic. Values of PECQ ranged from 0.04 to 2.08 with mean of 0.38. PERI from 4.36 to 323.62 with mean of 55.35. PERI above 150 was observed in 17% of collected samples. The Coefficient of determination were determined between studied factors: PERI and PECQ (R2= 0.98), PECQ and TEC (R2= 0.99), PERI and TEC (R2= 0.98), PERI and PE (R2= 0.06), PECQ and PE (R2= 0.07). Low correlation between toxic effect and PERI or PECQ indicated that there are other factors that contribute to the toxicity of the sediments. Spatial analysis performed in geostatistical software allowed determining areas with the highest ecological risk.
PL
Celem badań była ocena jakości osadów dennych zbiornika wodnego Poraj z zastosowaniem wytycznych dotyczących jakości osadów (ang. SQGs - Sediment Quality Guidelines) oraz analiz przestrzennych. Próbki osadów dennych zostały pobrane na podstawie regularnej siatki kwadratów zawierającej 46 punktów pomiarowych. Pobrane próbki zostały poddane analizom laboratoryjnym pod kątem zawartości metali śladowych, toksyczności oraz materii organicznej. Zawartość trzech metali śladowych przekroczyła odpowiadającą wartość PEC: Zn (22% próbek), Pb (17%) i Cd (17%). Porównując wartość PECQ, 17% próbek określa się jako prawdopodobnie toksyczne. Dla TEC w 76% badanego materiału nie wykryto toksyczności. Wartości PECQ zawierały się w przedziale od 0.04 do 2.08 z wartością średnią 0.38, PERI od 4.36 do 323.62 z wartością średnią 55.35. Wartość PERI ponad 150 została zaobserwowana w 17% próbek. Wyznaczono współczynnik determinacji pomiędzy badanymi wskaźnikami: PERI i PECQ (R2= 0.98), PECQ i TEC (R2= 0.99), PERI i TEC (R2= 0.98), PERI i PE (R2= 0.06), PECQ i PE (R2= 0.07). Niska wartość korelacji pomiędzy procentowym efektem toksyczności a analizowanymi wskaźnikami wskazuję na udział innych czynników wpływających na toksyczność osadów dennych zbiornika wodnego Poraj. Na podstawie rozkładów przestrzennych wyznaczono obszary z największym ryzykiem ekologicznym.
This paper investigated issues around sustainable development in light of the assessment of the geochemical state of an aquatic environment, focussing on the accumulation of contaminants in sediments. The analysis was carried out on the concentrations of nine metals: As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn. Classification of results was based on geochemical criteria. The results relate to the background geochemical values characterised by natural conditions without human interference. Using GIS, maps were compiled which highlighted the spatial distribution of the contaminants, namely for the selected heavy metals (Ba, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn). These maps enabled the relationships between these elements to be studied. Analysis of sediments contaminated by heavy metals is an important tool in environmental monitoring. The study showed that potential contamination in sediments can reach significant levels. Therefore, systematic monitoring of metal concentrations in the sediment should encompass the greatest number of reservoirs possible. This will enable ecological equilibrium to be maintained in aquatic environments. This will help to identify, eliminate, and prevent the negative effects of human economic activities which will improve the rational utilisation of environmental resources, important from the sustainable development point of view.
PL
W pracy podjęto problematykę zrównoważonego rozwoju w świetle oceny geochemicznego stanu środowiska wodnego, koncentrując się na zanieczyszczeniach kumulujących się w osadach dennych. Analizę przeprowadzono w kontekście zawartości dziewięciu metali (As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Ni, Pb i Zn). Klasyfikację pozyskanych wyników badań przeprowadzono na podstawie kryteriów geochemicznych. Rezultaty analiz odniesiono do wartości tła geochemicznego charakteryzującego warunki naturalne bez piętna antropopresji. Wykorzystując system GIS opracowano mapy przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń wybranymi metalami ciężkimi (Ba, Cr, Cu, Ni, Pb i Zn), które pozwoliły na zaobserwowanie zależności pomiędzy badanymi elementami. Analiza zanieczyszczeń osadów dennych metalami ciężkimi jest istotnym narzędziem do monitoringu środowiska. Przedstawione badania wykazały, że potencjalny poziom zanieczyszczeń w osadach dennych może osiągnąć znaczący poziom. Systematyczną kontrolą zawartości metali w osadach warto objąć jak największą ilość zbiorników wodnych. Umożliwi to zachowanie równowagi ekologicznej w ekosystemie środowisk wodnych. Działanie to pomoże w identyfikacji, likwidacji i zapobieganiu negatywnych skutków działalności gospodarczej człowieka, co poprawi istotne z punktu widzenia rozwoju zrównoważonego racjonalne użytkowanie zasobów środowiska naturalnego.
The aim of this study was to determine the content of phosphorus and nitrogen in the bottom sediments of the Poraj Reservoir located on the Warta River, along with defining their spatial distribution and the relationship between these elements and organic matter, aluminum and iron. Samples of bottom sediments were collected on the basis of regular measurement grid of 46 points located in the area of the water reservoir Poraj. The collected samples were analyzed in terms of content of following elements, which values are in range: total phosphorus (TP) 0.06 – 5.06 g/kg, total nitrogen (TN) 0.17 – 9.66 g/kg, organic matter (OM) 0.49 – 28.41% of solid content, aluminum (Al) 2.44 – 145.15 g/kg and iron (Fe) 0.28 – 16.50 g/kg. By using of GIS system, spatial distribution of obtained results of laboratory analyzes were interpolated (Inverse Distance Weighted method was used). On basis of spatial distribution it was noted that in northern part of water reservoir bottom sediments have greater values of TP, TN and OM than in southern part. The study also included calculation of correlation between: OM and TN (n=46, R2 = 0.9335), TN and Fe (n=46, R2 = 0.8782), TN and Al (n=46, R2 = 0.8629), OM and Fe (n=46, R2 = 0.8243), OM and Al (n=46, R2 = 0.7981), TP and Fe (n=46, R2 = 0.7456), TP and Al (n=46, R2 = 0.6209). The presented pilot studies show that the potential content of phosphorus, nitrogen and organic matter in the sediments of the water reservoir Poraj can reach a significant level. The need to plan and carry out further research allowing the evaluation of the properties of the analyzed elements and examining their potential impact on water quality in the tested water reservoir was stated.
The specific of water management in the urbanized ares (regulation of watercourses, discharges of municipal and industrial effluents etc.) have resulted in the transformation of the natural drainage system of the basin of Kłodnica, in which Dzierżno Duże water reservoir is located. The main goal of this study was to designate the content of total phosphorus and total nitrogen, and relations between these elements and organic matter, level of depth, aluminum and iron in the bottom sediments of the Dzierżno Duże water reservoir. Bottom sediments samplings consisted of grid measurement network planning, on which bottom sediments samples were collected. The collected samples were analyzed in laboratory in terms of content of chosen elements. Values of these elements are in range: total phosphorus 0.08÷6.02 g/kg, total nitrogen 0.15÷9.03 g/kg, organic matter 0.20÷50.90% of solid content, aluminum 0.48÷39.32 g/kg and iron 0.82÷25.42 g/kg. To improve quality of performed analysis, by using Geographic Information System the spatial distributions (the Inverse Distance Method was used) of studied elements were generated. Generated spatial distributions enabled to determine sites with highest and lowest values. Bottom sediments of Dzierżno Duże water reservoir have greater values of total phosphorus, total nitrogen and organic matter in central regions than in coastal zone. The study also included calculation of correlation between: organic matter and total nitrogen (R2 = 0.6), total nitrogen and Fe (R2 = 0.44), total nitrogen and Al (R2 = 0.5), organic matter and Fe (R2 = 0.39), organic matter and Al (R2 = 0.55), total phosphorus and Fe (R2 = 0.57), total phosphorus and Al (R2 = 0.56). The presented pilot studies may provide a basis for identifying harmful human activities and planning methods of counters measures. Dzierżno Duże water reservoir, among other functions, is a spot (mainly for local residents), therefore it should be monitored constantly.
PL
Przeprowadzone badania miały na celu ocenę zawartości fosforu i azotu w osadach dennych zbiornika wodnego Dzierżno Duże wraz z opracowaniem ich przestrzennego rozkładu przy wykorzystaniu modelowania przestrzennego. Podjęto również próbę wyznaczenia możliwej relacji między wymienionymi elementami a zawartością substancji organicznej, żelaza i glinu w materiale badawczym. Próbki osadów dennych pobrano na podstawie regularnej siatki pomiarowej z 53 stanowisk usytuowanych w obszarze zbiornika wodnego Dzierżno Duże. W pozyskanych próbkach wykonano następujące oznaczenia, których wartości mieściły się w przedziałach: fosfor całkowity 0,08÷6,02 g/kg, azot całkowity 0,15÷9,03 g/kg, zawartość materii organicznej 0,20÷50,90% suchej masy osadu dennego, glin 0,48÷39,32 g/kg, żelazo 0,82÷25,42 g/kg. W pracy wykorzystano system GIS, który pozwolił na usytuowanie przestrzenne miejsc poboru próbek do badań laboratoryjnych. Wykorzystując tę informację, wygenerowano mapy przestrzennego rozkładu badanych elementów (zastosowano metodę interpolacji wagowanej odwrotnej odległości). Przedstawione pilotażowe badania mogą stanowić podstawę do zidentyfikowania szkodliwych działań człowieka i określenia kierunków ich zapobiegania oraz do ustalenia odpowiednich zasad zarządzania wodami.
Celem badań była ocena stopnia zanieczyszczeń metalami ciężkimi fragmentu terenu zalesionego o powierzchni 147 ha (1050 x 1400 m) znajdującego się w okolicy Huty Cynku „Miasteczko Śląskie”, dla potrzeb procesów rekultywacji lub monitoringu. W badaniach zastosowano system GIS. W marcu 2016 roku zaplanowano regularną sieć 29 punktów pomiarowych. Na każdym z punktów pobrano dwie próbki gleb z wierzchniej warstwy gleby 0 – 20cm. Zostały one poddane analizom pod kątem pH, zawartości substancji organicznej i metali ciężkich (As, Ba, Cd, Cu, Ni, Pb i Zn). Wartości pH wahały się między 3,7 a 7,9, materii organicznej 0,8 – 47,1% suchej masy próbki, As 0 – 32,5 mg/kg, Ba 14 – 804 mg/kg, Cd 0 – 19 mg/kg, Cu 3 – 58 mg/kg, Pb 22 – 1893 mg/kg, Zn 36 – 1377 mg/kg. W badanych próbkach nie wykryto niklu. Wykonano rozkłady przestrzenne analizowanych elementów. Stwierdzono znaczną rozpiętość wartości i zróżnicowanie przestrzenne danych. Następnie na podstawie Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 1 września 2016 r. w sprawie sposobu prowadzenia oceny zanieczyszczenia powierzchni ziemi wytypowano tereny zanieczyszczone metalami ciężkimi. Przyjęto dwie różne dopuszczalne wartości stężeń: pierwsze zgodne z faktycznym sposobem użytkowania gruntu (dopuszczalne wartości dla grupy III – tereny zalesione) oraz drugie związane z ewentualnym podjęciem działań mających na celu zmianę sposobu zagospodarowania terenu (dopuszczalne wartości dla grupy I – tereny zabudowy mieszkaniowej, tereny rekreacyjne). Na podstawie wygenerowanych modeli wyznaczono i obliczono pole powierzchni obszarów, które zawierają wartości wyższe niż dopuszczone w przytoczonym rozporządzeniu. W przypadku grupy III wartości przekroczyły: Zn (obszar 0,9 ha), Pb (46,4 ha) i Cd (27,8 ha). Dla grupy I: As (0,3 ha), Ba (10,2 ha), Cd (53,9 ha), Pb (120,8 ha) i Zn (20,2 ha). Stężenia Ni i Cu były niższe niż wartości dopuszczalne. W pracy wyznaczono także strefy o najwyższych zawartościach metali ciężkich. Dodatkowo zaplanowano sieć monitoringu ze szczególnym uwzględnieniem zanieczyszczeń punktowych.
EN
The aim of this study was to evaluate soil contamination by heavy metals of selected area in the vicinity of the Zinc Smelter „Miasteczko Śląskie” (surface area: 147 ha, 1050 x 1400 meters) for purpose of future reclamation, remediation and monitoring. The study used GIS. Network of 29 measuring points was planned, with particular emphasis on the area with the least amount of pure vegetation. In March 2016, two samples of soil were taken from the top layer of soil 0 – 20cm. Samples were analyzed in terms of pH, soil organic matter and total heavy metal content (As, Ba, Cd, Cu, Ni, Pb and Zn). Values of pH maintained in range of 3,7 – 7,9, organic matter 0,8 – 47,1% of solid content, As 0 – 32,5 mg/kg, Ba 14 – 804 mg/kg, Cd 0 – 19 mg/kg, Cu 3 – 58 mg/kg, Pb 22 – 1893 mg/ kg, Zn 36 – 1377 mg/kg. In collected samples Ni was not detected. Spatial distributions of results were created. A significant data range and spatial differentiation was noted. On the base of the Regulation of the Minister of the Environment from September 1st, 2016 on the method of conducting the assessment of contamination of the surface of the earth, areas contaminated with heavy metals were selected. Two different concentration limits were adopted: first in accordance with the actual method of land use (permissible values for group III – woodland) and second relating to the possible undertaking of measures targeted at changing the land use (limit values for Group I – residential areas, recreational areas). On the basis of the generated models, the area of the surface size that contains values higher than allowed in the quoted regulation were determined and calculated. In case of group III the values were exceeded for: Zn (surface area 0,9 ha), Pb (46,4 ha) and Cd (27,8 ha). For group I: As (0,3 ha), Ba (10,2 ha), Cd (53,9 ha), Pb (120,8 ha) and Zn (20,2 ha). The concentrations of Ni and Cu were lower than the limit value. The paper also determined zones with the highest contents of heavy metals. In addition, a monitoring network with a special focus of area pollution was advised.
GIS with the geostatistics are more frequently-used technique in environmental studies. Providing spatial information creates a possibility to place the results in space. Spatial information significantly affects the credibility and quality of research projects. It can be useful in determining certain relationships between monitoring and reclamation of degraded areas and to minimize and evaluate the costs related to environmental pollution. On the basis of practical and scientific examples, potential methods of applications of GIS and geostatistical methods in the study of water and soil environment was presented.
W pracy przedstawiono wyniki badań zanieczyszczenia osadów dennych w strefie przybrzeżnej zbiornika wodnego Ostrowy na rzece Biała Oksza. Próbki zostały pobrane z wierzchniej warstwy osadów w okolicach linii brzegowej. Zostały one poddane analizom laboratoryjnym pod względem zawartości substancji organicznej, azotu Kjeldahla, węgla całkowitego, fosforu ogólnego i przyswajalnego oraz całkowitej zawartości pięciu metali ciężkich, tj. Cd, Cr, Ni, Pb, Zn. Na podstawie wyników badań, przy zastosowaniu oprogramowania GIS, utworzono mapy przestrzennego rozkładu badanych elementów. W tym celu wykorzystano interpolację, a dokładniej metodę wagowanej odwrotnej odległości. Analiza wyników pozwoliła stwierdzić, że osady denne są zróżnicowane pod względem rozmieszczenia zanieczyszczeń biogennych i metali ciężkich. Zauważono także, że materia organiczna deponowana jest na całej przestrzeni zbiornika. Analizując stężenia badanych elementów, ustalono, że w obecnym stanie zbiornik nie wymaga przeprowadzenia zabiegów rekultywacyjnych.
EN
Determination of physicochemical state of sediments in the coastal zone of water reservoirs is an important aspect of water management. This applies mainly to the protection of water against any kind of pollution. The paper presents the results of contamination in sediments in the coastal zone of Ostrowy water reservoir in Biała Oksza river. Nine samples were taken from the top layer of the sediments near the shoreline. Samples were subjected to laboratory analysis under the terms of the organic matter content, Kjeldahl nitrogen, total carbon, total and assimilable phosphorus, and the total content of five heavy metals: Cd, Cr, Ni, Pb, Zn. Concentrations of cadmium, chromium, nickel, lead and zinc in sediments were determined by means of ICP - MS method. On the basis of the results of studies, spatial distribution maps of the studied components were generated using GIS software. For this purpose, one of the interpolation methods (IDW - Inverse Distance Weighted) was used. Results show that sediments are diverse in regard to the location of biogenic pollutants and heavy metals. It is also noted that the organic material is deposited over the entire space of a water reservoir. The content of organic matter has a significant impact on the content of phosphorus in each studied sample. The share of organic matter does not exceed 2.5% in any sediment sample. The maximum values for total heavy metal content are as follows: Cd - 1.34 mg/kg, Cr - 17.64 mg/kg, Ni - 7.59 mg/kg, Pb - 11.64 mg/kg, Zn - 24.02 mg/kg. In contrast to the contents of Ni and Cr, whose peak values are located in the center area, Zn and Pb reached the highest values in the northern and southern area of Ostrowy water reservoir. The studies were preliminary, allowing for an initial assessment of pollution and undertaking comprehensive research to determine the recreational value of the water reservoir. Having analyzed the concentrations of the elements established in the present state, it can be concluded that Ostrowy water reservoir does not require reclamation treatments.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.