Diurnal variations of the basic physico-chemical characteristics of a small urban river – the Sokolowka in Lodz – a case study

• Autorzy: Bartnik A. , Tomalski P.

Warianty tytułu

PL

Dobowy przebieg wybranych cech fizykochemicznych wód małego cieku miejskiego na przykładzie Sokołówki (Łódź)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main purpose of the paper was to identify day-and-night variations of the selected physico-chemical water characteristics (discharge, electrical conductivity, temperature, pH and dissolved oxygen) of a small urban river that had been heavily transformed by human activity (Sokołówka river catchment with the area of 7.71 km²). The data came from measurements conducted in the period between 4 October 2011 and 3 October 2012, using the YSI 6920 V2 (multi-parameter probe) and ISCO 2050 (automatic current meter), in 15- and 10-minute intervals, respectively. The research has proven the existence of rhythms of diurnal and seasonal variability to the selected water characteristics. The variability of the hourly values of the tested characteristics in particular days depends to a large extent on the value of the analysed feature itself. The variability coefficients of discharge and conductivity increase with the increase in the values thereof. For dissolved oxygen, pH, and water temperature, the variability coefficients decrease with the increase in the values thereof. In the case of water pH, its conductivity, and temperature, the correlations between the given feature and its variability observed at different times of day are not linear, but they run along loops of varying curvature. The average day-and-night variability of the Sokołówka river’s SEC and pH was significantly changed as a result of human impact. The maximum readings of the conductivity and the pH shifted to the morning hours, with no change to the minimum readings.

PL

Celem prezentowanego opracowania była identyfikacja dobowej zmienności wybranych cech fizykochemicznych wody (natężenie przepływu, konduktywność temperatura i odczyn wody oraz stężenie rozpuszczonego w wodzie tlenu) przekształconego przez człowieka cieku miejskiego (zlewnia Sokołówki o powierzchni 7,71 km²). Wykorzystano wyniki pomiarów prowadzonych od 4 X 2011 r. do 3 X 2012 r. przy pomocy wieloparametrycznej sondy pomiarowej YSI 6920 V2 oraz przepływomierza ISCO 2150 zapisujących wyniki z krokiem odpowiednio: 15- i 10-minutowym. Badania udowodniły istnienie rytmów zmienności dobowej i sezonowej. Zmienność godzinowych wartości badanych charakterystyk w poszczególnych dniach w znacznym stopniu zależy od wielkości analizowanej cechy. W przypadku natężenia przepływu i przewodnictwa elektrolitycznego wody zmienność ta (wyrażona współczynnikiem zmienności) rośnie wraz z ich wzrostem, a w przypadku tlenu rozpuszczonego, odczynu wody i temperatury – spada. Dla odczynu wody, jej konduktywności i temperatury obserwowane o różnych godzinach zależności pomiędzy daną wielkością a jej zmiennością nie są liniowe lecz tworzą pętle o różnym kształcie. Przeciętna dobowa zmienność przewodnictwa elektrolitycznego właściwego oraz odczynu wód Sokołówki uległa zmianom pod wpływem działalności człowieka. Maksima konduktywności i odczynu wody przesunęły się na godziny poranne przy braku zmian terminów występowania minimów.

Słowa kluczowe

EN

Lodz city; urban stream; Sokolowka Stream; physicochemical trait; diurnal variability; daily course

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2018
• Tom: 17
• Numer: 3
• Opis fizyczny: p.23-38,fig.,ref.

Twórcy

autor

Bartnik A.

• Department of Hydrology and Water Management, Faculty of Geographical Sciences, University of Lodz, Narutowicza 88, 90-139 Lodz, Poland

autor

Tomalski P.

• Department of Hydrology and Water Management, Faculty of Geographical Sciences, University of Lodz, Narutowicza 88, 90-139 Lodz, Poland

Bibliografia

• Allan J.D. (1998). Ekologia wód płynących. Warszawa: Wyd. Nauk. PWN
• Barringer J.L., Wilson T.P., Szabo Z., Bonin J.L., Fischer J.M., Smith N.P. (2008). Diurnal variations in, and influences on, concentrations of particulate and dissolved arsenic and metals in the mildly alkaline Wallkill River, New Jersey, USA. Environ. Geology, 53, 1183–1199, https://doi.org/10.1007/s00254-007-0708-8
• Bartnik A. (2017). Mała rzeka w dużym mieście. Łódź: Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego.
• Bartnik A., Moniewski P. (2015). Analiza sezonowej zmienności wybranych cech fizykochemicznych wody małych cieków odwadniających obszary o różnym stopniu antropopresji. W: P. Jokiel (red.) Metody statystyczne w analizach hydrologicznych środkowej Polski. Łódź: Wydawnictwo. Uniwersytetu Łódzkiego, 27–47, http://hdl.handle.net/11089/16753
• Bartnik A., Moniewski P. (2016). Changes in water quality of a small urban river triggered by deep drainage of a construction site. Journal of Water and Land Development, 31, 11–22, http://doi.org/10.1515/jwld-2016-0032
• Baulch H.M., Dillon P.J., Maranger R., Venkiteswaran J.J., Wilson H.F., Schiff S.L. (2012). Night and day: shortterm variation in nitrogen chemistry and nitrous oxide emissions from streams. Freshwater Biology, 57, 509–525, https://doi.org/10.1111/j.1365-2427.2011.02720.x
• Bhangu I., Whitfield P.H. (1997). Seasonal and long-term variations in water quality of the Skeena River at Usk, British Columbia. Water Res., 31(9), 2187–2194.
• Bonell M. (1993). Progress in the understanding of runoff generation dynamics in forests, J. Hydrol., 150, 217–275, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00063-8
• Bourg A.C.M., Bertin C. (1996). Diurnal variations in the water chemistry of a river contaminated by heavy metals: natural biological cycling and anthropic influence. Water, Air and Soil Pollution, 86, 101–116, https://doi.org/10.1007/BF00279148
• Ciupa T. (2002). Erozja, transport i akumulacja w korytach rzecznych obszaru zurbanizowanego (Kielce). W: K. Banasik (red.) Erozja gleb i transport rumowiska rzecznego. Warszawa: P.P. Evan, 29–38.
• Ciupa T. (2009). Rola zagospodarowania terenu, w tym urbanizacji, na koncentrację głównych jonów w wodach rzeki Silnicy i Suffagańca (Kielce). Ochrona Środowiska i Zasobów Naturalnych, 38, 44–53.
• Ciupa T. (2014). Miasto jako wydajny system zasilania rzek i dostawy ładunków fluwialnych na przykładzie Kielc. W: T. Ciupa, R. Suligowski, Woda w mieście. Kom. Hydro. PTG, IG UJK, Kielce, 39–48.
• Czaja S. (1999). Zmiany stosunków wodnych w warunkach silnej antropopresji (na przykładzie konurbacji katowickiej). Prace Nauk. UŚ, 1782, Katowice.
• Chmiel S., Maciejewska E., Michalczyk Z. (2009). Hydrochemical characteristics of a spring snowmelt flood in the Upper Wieprz River basin (Roztocze region) in year 2006. J. Water Land Dev., 13b, 57–67.
• Edwards A.M.C. (1973). The variation of dissolved constituents with discharge in some Norfolk Rivers. J. Hydrol., 18, 219–242, https://doi.org/10.1016/0022-1694(73)90049-8
• Foster I.D.L. (1978). A multivariate model of storm-period solute behaviour. J. Hydrol., 39, 339–353, https://doi.org/10.1016/0022-1694(78)90010-0
• Froehlich W. (1975). Dynamika transportu fluwialnego Kamienicy Nawojowskiej. IGiGZ PAN, Prace Geogr., 114, Wyd. PAN.
• Garcia J., Green B.F., Lundquist T., Mujeriego R., Hernandez-Marine M., Oswald W.J. (2006). Long term diurnal variations in contaminant removal in high rate ponds treating urban wastewater. Bioresource Technology, 97, 1709–1715, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2005.07.019
• Gutry-Korycka M. (1993). Wpływ urbanizowania i uprzemysławiania. W: I. Dynowska (red.), Przemiany stosunków wodnych w Polsce w wyniku procesów naturalnych i antropogenicznych. Kraków: UJ, 344–354.
• Gutry-Korycka M. (2003). Możliwości modelowania odpływu ze zlewni zurbanizowanych i uprzemysławianych. W: T. Szczypek, M. Rzętała (red.), Człowiek i woda. Katowice–Sosnowiec: PTG, 38–53
• Guash H., Armengol J., Marti E., Sabater S. (1998). Diurnal variation in dissolved oxygen and carbon dioxide in two low-order streams. Water Res., 32 (4), 1067–1074, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00330-8
• Halliday S.J., Skeffington R.A.. Bowes M.J., Gozzard E., Newman J.R., Loewenthal M., Palmer-Felgate E.J., Jarvie H.P., Wade A.J. (2014). The Water Quality of the River Enborne, UK: Observations from High-Frequency Monitoring in a Rural, Lowland River System. Water, 6, 150–180, https://doi.org/10.3390/w6010150
• Halliday S.J., Wade A.J., Skeffington R.A., Neal C., Reynolds B., Rowland P., Neal M., Norris D. (2012). An Analysis of long-term trends, seasonality and short-term dynamics in water quality data from Plynlimon, Wales. Science of The Total Environment, 434, 186–200, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2011.10.052
• Hessen D.O., Henriksen A., Smelhus A.M. (1997). Seasonal fluctuations and diurnal oscillations in nitrate of a Heathland Brook. Water Res., 31(7), 1813–1817, https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00010-9
• Kayombo S., Mbwette T.S.A., Mayo A.W., Katima J.H.Y., Jørgensen S.E. (2002). Diurnal cycles of variation of physical–chemical parameters in waste stabilization ponds. Ecological Engineering, 18, 287–291, https://doi.org/10.1016/S0925-8574(01)00086-6
• Kondrashov D., Ghil M. (2006). Spatio-temporal filling of missing points in geophysical data sets. Nonlinear Processes in Geophysics, European Geosciences Union (EGU), 13 (2), 151–159, https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00331089
• Kostrzewski A., Mazurek M., Stach A., Zwoliński Z. (1992). Hydrochemiczna interpretacja przepływów wezbraniowych w zlewniach młodoglacjalnych, W: A. Kostrzewski, M. Pulina (red.) Metody hydrochemiczne w geomorfologii dynamicznej, Prace Naukowe UŚ, 1254, 127–140.
• Łaszewski M. (2018). Diurnal water temperature dynamics in lowland rivers: A case study from Central Poland. Journal of Water and Land Development, 36, 89–97, https://doi.org/10.2478/jwld-2018-0009
• Neal C., Watts C., Williams R.J., Neal M., Hill L., Wickham H. (2002). Diurnal and longer term patterns in carbon dioxide and calcite saturation for the River Kennet, south-eastern England. Sci. Total Environ., 282–283.
• Piñol J., Avila A, Roda F. (1992). The seasonal variation of streamwater chemistry in three forested Mediterranean catchments. J. Hydrol., 140, 119–141, https://doi.org/10.1016/0022-1694(92)90237-P
• Poor C.J., McDonnell J.J. (2007). The effects of land use on stream nitrate dynamics. J. Hydrol., 332, 54–68, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2006.06.022
• Projekt generalny rzek dla Łodzi – zlewnie rzeki Ner, rzeki Miazgi i rzeki Bzury. Załącznik: Projekt generalny rzeki Sokołówki. (2003). Aqua Projekt s. c., BIW, I. Kujawa, M. Kujawa, Łódź.
• Różycki F., Kluczyński S. (1966). Szczegółowa mapa geologiczna Polski 1:50000, arkusz Łódź Zachód (627), Instytut Geologiczny, Warszawa: Wyd. Geologiczne.
• Siwek J., (2001). Hydrochemiczna interpretacja wezbrań z lipca 1997 r. w zlewni Dworskiego Potoku (Pogórze Wiśnickie), W: W. Chełmicki (red.) Przemiany środowiska na Pogórzu Karpackim, t. 1. Procesy, gospodarka, monitoring, Kraków: IGiGP UJ, 51–63.
• Siwek J.P. (2012). Zmienność składu chemicznego wód w małych zlewniach na progu Pogórza Karpackiego. Kraków: IGiGP UJ.
• Soja R. (1973). Termika wody w dorzeczu Ropy w okresie maksymalnych temperatur rocznych. Przegląd Geograficzny, XLV, 3, 587–597.
• Sullivan A.B., Drever J.I., McKnight D. M. (1998). Diel variation in element concentrations, Peru Creek, Summit County, Colorado. J. Geochem. Explor., 64, 141–145, https://doi.org/10.1016/S0375-6742(98)00027-2
• Suzuki K. (1984). Variations in the concentration of chemical constituents of a stream water during the snowmelt season. Geogr. Report of Tokyo Metropolitan Univ., 19, 137–148.
• Suzuki K. (1995). Hydrochemical study of snow meltwater and snow cover. W: K.A. Tonnessen, M.W. Williams, M. Tranter (red.) Biogeochemistry of seasonally snowcovered catchments. IAHS Publ., 228, 107–114.
• Suzuki K. (2003). Chemistry of stream water in a snowy temperate catchment. Hydrol. Process., 17, 2795–2810, https://doi.org/10.1002/hyp.1434
• Tadesse I., Green F.B., Puhakka J.A. (2004). Seasonal and diurnal variations of temperature, pH and dissolved oxygen in advanced integrated wastewater pond system treating tannery effluent. Water Research, 38, 645–654, https://doi.org/10.1016/j.watres.2003.10.006
• Walling D.E., Foster I.D.L. (1975). Variations in the natural chemical concentration of river water during flood flows, and the lag effect: some further comments. J. Hydrol., 26, 237–244, https://doi.org/10.1016/0022-1694(75)90005-0
• Wang H., Hondzo M., Xu C., Poole V., Spacie A. (2003). Dissolved oxygen dynamics of stream draining an urbanized and an agricultural catchment. Ecol. Model., 160, 145–161, https://doi.org/10.1016/S0304-3800(02)00324-1
• Whitney R.J. (1942). Diurnal fluctuations of oxygen and pH in two small ponds and a stream. Journal of Experimental Biology, 19, 92–99.
• Wiejaczka Ł. (2007a). Dynamika temperatury wody w rzece Ropie w latach 1982–2006, W: Sołtysik R., Suligowski R. (red.) Rola geografii fizycznej w badaniach regionalnych, tom I, Kielce, 255–257.
• Wiejaczka Ł. (2007b). Dobowy cykl temperatury wody w rzece Ropie poniżej zbiornika retencyjnego w Klimkówce. Monitoring Środowiska Przyrodniczego, 8, 91–98.
• Wilcock R.J., Nagels J.W., McBride G.B., Collier K.J., Wilson B.T, Huser B.A. (1998). Characterisation of lowland streams using a single–station day-and-night curve analysis model with continuous monitoring data for dissolved oxygen and temperature. New Zealand Journal of Marine and Freshwater Research, 32, 1, 67–79.
• Wondzell S.M., Gooseff M.N., McGlynn B.L. (2007). Flow velocity and the hydrologic behavior of streams during baseflow. Geophysical Research Letters, 34, 1–5, https://doi.org/10.1029/2007GL031256
• Young R.G., Huryn A.D. (1999). Effects of land use on stream metabolism and organic matter turnover. Ecol. Appl., 9 (4), 1359–1376, https://doi.org/10.1890/1051-0761(1999)009[1359:EOLUOS]2.0.CO;2
• Ziułkiewicz M., Fortuniak A., Waack-Zając A., Górecki M., Grzędzińska S., Małecka B. (2016). Zdjęcie hydrochemiczne rzeki miejsckiej na przykładzie Olechówki (Łódź). W: L. Hejduk, E. Kaznowska (red.) Hydrologia zlewni zurbanizowanych. Mon.Kom.Gosp.Wod. PAN, 39, Warszwa, 279–291.
• Sources of cartographic data:
• MODGiK–InterSIT: Łódzki Internetowy System Informacji o Terenie: http:// http://www.mapa.lodz.pl/
• MPHP10k – Mapa Podziału Hydrograficznego Polski w skali 1:10 000. MGGP S.A., KZGW, IMGW-PIB

Identyfikatory

DOI

10.15576/ASP.FC/2018.17.3.23