Research Paper

Chemical variability of water and sediment over time and along a mountain river subjected to natural and human impact

Variabilité chimique de l'eau et des sédiments dans le temps et le long d'une rivière de montagne soumise à des impacts naturels et humains

¹ Institute of Nature Conservation, Polish Academy of Sciences, Krakow, Poland
² Institute of Environmental Engineering, The John Paul II Catholic University of Lublin, Stalowa Wola, Poland

^* Corresponding author: szarek@iop.krakow.pl

Abstract

We studied the variability of physico-chemical parameters in water, and heavy metal contents in water and sediment over time and along the Carpathian Biała Tarnowska River (southern Poland) and related them to catchment geology, human impact and the effect of barriers as a side aspect. The river water was well oxygenated, had pH 7.7–9.5 and was characterised by low and average flow. Temperature, pH and dissolved oxygen did not change significantly, while the contents of major ions, NO₃⁻, NH₄⁺, Mn and Fe increased gradually along the river. The major ion contents were negatively, and nitrate, Mn, and Fe positively, correlated with the flow. We recognise correlations between nitrate, Fe and Mn to be good indicators of soil erosion processes in the catchment. River sediment was unpolluted by most of the studied metals (slightly polluted by Ni and Cd). The differences in the values of some parameters (pH and NH₄⁺, PO₄³⁻, HCO₃⁻, Mn, Cd and Pb concentrations) in the water, and heavy metals in the sediment upstream and downstream of some of the barriers were determined. Spatiotemporal changes in the values of studied parameters and the results of statistical calculation indicate the impact of human activity in the catchment basin (land use, wastewater) on the water chemistry.

Résumé

Nous avons étudié la variabilité des paramètres physico-chimiques dans l'eau et les teneurs en métaux lourds dans l'eau et les sédiments au fil du temps et le long de la rivière des Carpathes Biała Tarnowska (sud de la Pologne) et nous les avons mis en relation avec la géologie du bassin versant, l'impact humain et l'effet des barrages comme aspect secondaire. L'eau de la rivière était bien oxygénée, avait un pH de 7,7 à 9,5 et se caractérisait par un débit faible et moyen. La température, le pH et l'oxygène dissous n'ont pas changé de façon significative, tandis que la teneur en ions majeurs, NO₃⁻, NH₄⁺, Mn et Fe ont augmenté progressivement le long de la rivière. Les teneurs en ions majeurs étaient corrélées négativement avec le débit et les nitrates, le Mn et le Fe positivement. Nous identifions les corrélations entre nitrates, Fe et Mn comme de bons indicateurs des processus d'érosion du sol dans le bassin versant. Les sédiments fluviaux n'étaient pas pollués par la plupart des métaux étudiés (légèrement pollués par le Ni et le Cd). Les différences dans les valeurs de certains paramètres (pH et concentrations en NH₄⁺, PO₄³⁻, HCO₃⁻, Mn, Cd et Pb) dans l'eau et les métaux lourds dans les sédiments en amont et en aval de certains barrages ont été déterminées. Les changements spatio-temporels des valeurs des paramètres étudiés et les résultats des calculs statistiques indiquent l'impact de l'activité humaine dans le bassin versant (utilisation des sols, eaux usées) sur la chimie de l'eau.