1. Quantifying input, export, and budgets of water quality parameters in a tropical Andean páramo ecosystem comparing different methods with high-resolution data
- Author
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Arízaga Idrovo, Viviana Cristina, Crespo Sánchez, Patricio Javier, and Pesántez Vallejo, Juan Patricio
- Subjects
Hidrología ,Calidad del agua ,Ingeniería Civil ,Páramos ,Monitoreo - Abstract
Monitorear los flujos de solutos en los estudios de calidad de agua puede revelar disturbios presentes en el ecosistema, lo cual puede ser particularmente útil en las cuencas andinas de cabecera ya que son las principales proveedoras de agua para la población aguas abajo. Sin embargo, estos estudios se han enfocado principalmente en materia orgánica y nutrientes, dejando de lado otros solutos que de igual manera pueden amenazar la calidad del agua (i.e., arsénico, plomo, calcio, magnesio). Adicionalmente, los monitoreos de rutina de baja frecuencia (semanal o mensual) pueden pasar por alto importantes dinámicas en los solutos. Por consiguiente, recolectamos muestras de agua cada cuatro horas para el análisis de veinte y cuatro solutos en una cuenca tropical de páramo. Estos flujos de soluto fueron calculados con cinco métodos diferentes. La base de datos cada cuatro horas fue filtrada para probar una frecuencia de monitoreo óptima sin que las tasas de exportación se vean comprometidas. Los resultados mostraron que el método de interpolación con la base de datos cada cuatro horas fue el más apropiado ya que las correlaciones de las concentraciones de los solutos con el caudal fueron débiles. De los veinte y cuatro solutos analizados, DOC, TNb, Si, Ca, Mg, K, y Na presentaron las tasas más altas de ingreso (i.e., DOC = 4.167E+08 mEq km-2 yr-1 y Si = 1.729E+07 mEq km-2 yr-1 ) y exportación (i.e., DOC = 2.686E+08 mEq km-2 yr-1 y Si = 2.953E+08 mEq km-2 yr-1 ). DOC, TNb, NH4, NO2, NO3, PO4, Al, B, Cu, Fe, Zn. As, Cd, Cr, Pb, y V presentaron una tasa de ingreso más alta que su tasa de exportación, mientras que Ca, K, Mg, Na, Rb, Si, Sr, y Ba presentaron una tasa de exportación más alta que su tasa de ingreso (fuentes geogénicas). Las frecuencias de monitoreo filtradas demostraron que se necesita mínimo muestras diarias para obtener constantemente tasas de exportación con un error menor al 10% comparada con la exportación calculada con los datos a cuatro horas. Estos resultados pueden ser particularmente útiles para la implementación de programas de monitoreo a largo plazo a bajo costo y mantenimiento y brindar por primera vez información de alta calidad sobre procesos biogeoquímicos en una cuenca de páramo prístina. Monitoring solute fluxes in water quality studies can reveal ecosystem disturbances, which can be particularly useful in Andean headwater catchments as they are the main water providers for downstream populations. However, such studies have mainly focused on organic matter and nutrients, disregarding other solutes that can threaten water quality (e.g. arsenic, lead, calcium, magnesium). Additionally, low-resolution (weekly or monthly) routine sampling schemes, may overlook important solute dynamics. Therefore, we collected water samples every four hours for analysis of twenty-four solutes in a pristine tropical Andean páramo catchment. Solute fluxes were calculated with five different methods. The 4-hourly data set was filtered to test for an optimum sampling frequency without compromising the export rates. The results showed that the interpolation export method of the available 4-hourly data was the best suited due to a weakly correlation with discharge. From the twenty-four solutes analyzed, DOC, TNb, Si, Ca, Mg, K, and Na presented the highest input (i.e., DOC = 4.167E+08 mEq km-2 yr-1 and Si = 1.729E+07 mEq km-2 yr-1 ) and export rates (i.e., DOC = 2.686E+08 mEq km-2 yr-1 and Si = 2.953E+08 mEq km-2 yr-1 ). DOC, TNb, NH4, NO2, NO3, PO4, Al, B, Cu, Fe, Zn. As, Cd, Cr, Pb, and V presented more input than export, while Ca, K, Mg, Na, Rb, Si, Sr, and Ba presented more export than input (geogenic sources). Filtered sampling frequencies demonstrated that a minimum of daily grab samples would be required to obtain reliable export rates with errors consistently below 10% compared to the 4-hourly solute export. These findings can be particularly useful for the implementation of long-term monitoring programs at low costs and maintenance and provide for the first time high-quality information about biogeochemical budgets in a pristine páramo catchment. Cuenca
- Published
- 2022