Publication
Ecohydrological assessment of a complex river-floodplain system for the enhancement of its multidimensional potential
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | |
| dc.contributor.advisor | Chicharo, Luis | |
| dc.contributor.advisor | Jarosiewicz, Paweł | |
| dc.contributor.author | Guzmán, Damaris Rios | |
| dc.date.accessioned | 2025-01-21T16:15:12Z | |
| dc.date.available | 2025-01-21T16:15:12Z | |
| dc.date.issued | 2024-10-29 | |
| dc.description.abstract | River floodplain systems are critical for sustaining biodiversity and providing a wide range of ecosystem services. However, climate change and anthropogenic activities increasingly disrupt the hydrological and ecological connectivity of these systems, red ucing their resilience to external pressures. The degradation of floodplains undermines key ecosystem services, including the support of terrestrial and aquatic biodiversity, the regulation of hydrological extremes such as floods and droughts, and the sequ estration of carbon. Given the global challenges of water scarcity and associated ecological consequences, there is an urgent need for innovative management strategies to enhance the mult idimensional roles of floodplains in water resource management, biodiversity conservation, and climate change adaptation. Therefore, this thesis focused on the study of the river floodplain system that was selected as the demonstration site for the ecohydrological project LIFE Pilica (LIFE19 IPE/PL/000005) in Central Poland. The study addresse d the hydrological connectivity within the river floodplain system during spring and early summer, assessing its effects on water quality. A particular focus was placed on phosphorus dynamics between the water and sediment compartments, aiming to propose management strategies that mitigat e excessive phosphorus release for a sustainable water retention in the floodplain area. Three primary hydrological connection s were identified between the studied floodplain, Pilica river and an upstream wetland . The connectivity decreased significantly throughout the study (from 0.185 m 3 s 1 in March to 0.002 m 3 s 1 in May )), with the first connection turning into a drainage source in April due to Pilica’s water level decrease . By May, the second source dried up, and the third was projected to cease at a river discharge below 12 m³s⁻¹ (R² = 0.94). Principal Component Analysis (PCA) revealed a greater difference between water quality from the o xbow l ake with the river ’s inflow (35.4%) than with the wetland’s outflow ( 15.5%). This shift underscores an increased risk of eutrophication in both water bodies, driven by prolonged residence times, nutrient accumulation, and the lack of water exchange from the river. Sediment analysis revealed significant differences in water content and organic matter between samples ( p < 0.05 at the studied floodplain part . Most sediments were rich in organic phosphorus and bound to Fe, Al, and Mn. Sorption tests showed greater phosphorus adsorption in air dried sediments and a high zero equilibrium phosphorus concentration (EPC₀), indicating a tendency to release phosphoru s when exposed to river water , thus highlighting the need of proper management prior increasing hydrological connectivity . In conclusion, the implementation of a water retention basin in the area will tackle the greatest threat to the studied river floodplain system: the progressive loss of hydrological connectivity. Furthermore, the potential risk of phosphorus release was ev aluated to refine the management strategy , ensuring it effectively mitigates nutrient loading and supports long term ecosystem health. | eng |
| dc.description.abstract | Os sistemas de rio planície de inundação são essenciais para a sustentação da biodiversidade e fornecem uma vasta gama de serviços ecossistémicos. No entanto, as alterações climáticas e as atividades antropogénicas têm vindo a perturbar cada vez mais a conectividade hidrológica e ecológica destes sistemas, reduzindo a sua resiliência a pressões externas. A degradação das planícies de inundação compromete serviços ecossistémicos fundamentais, incluindo o suporte à biodiversidade terrestre e aquática, a regulação de extremos hidrológicos, como cheias e secas, e a sequestro de carbono. Dada a escassez global de água e as consequências ecológicas associadas, existe uma necessidade urgente de estratégias de gestão inovadoras que reforcem os papéis multidimensionais das planícies de inundação na gestão dos recursos hídricos, conservação da biodiversidade e adaptação às alterações climáticas. Assim, esta dissertação focou se no estudo do sistema rio planície de inundação, que foi selecionado como local de demonstração para o projeto eco hidrológico LIFE Pilica (LIFE19 IPE/PL/000005) na Polónia Central. O estudo abordou a conectividade hidrológica dentro do sistema rio planície de inundação durante a primavera e o início do verão, avaliando os seus efeitos na qualidade da água. Um foco particular foi colocado nas dinâmicas de fósforo entre os compartimentos de água e sedimentos, com o objetivo de propor estratégias de gestão que mitiguem a libertação excessiva de fósforo para uma retenção sustentável de água na área da planície de inundação. Foram identificadas três conexões hidrológicas principais entre a planície de inundação estudada, o rio Pilica e uma zona húmida a montante. A conectividade diminuiu significativamente ao longo do estudo (de 0,185 m³s⁻¹ em março para 0,002 m³s⁻¹ em maio), sendo que a primeira conexão se transformou numa fonte de drenagem em abril devido à diminuição do nível de água do Pilica. Em maio, a segunda fonte secou, e projetou se que a terceira deixasse de existir a um caudal do rio inferior a 12 m³s⁻¹ (R² = 0,94). A Análise de Componentes Principais (ACP) revelou uma maior diferença na qualidade da água do lago meândrico em comparação com o afluxo do rio (35,4%) do que com o fluxo de saída da zona húmida (15,5%). Esta alteração destaca um risco acrescido de eutrofiz ação em ambos os corpos de água, causado pelo aumento do tempo de residência, acumulação de nutrientes e falta de troca de água com o rio. A análise de sedimentos revelou diferenças significativas no teor de água e matéria orgânica entre as amostras (p < 0,05) na parte estudada da planície de inundação. A maioria dos sedimentos era rica em fósforo orgânico e ligado a Fe, Al e Mn. Testes de so rção mostraram uma maior adsorção de fósforo em sedimentos secos ao ar e uma alta concentração de fósforo de equilíbrio zero (EPC₀), indicando uma tendência para a libertação de fósforo quando expostos à água do rio, sublinhando a necessidade de uma gestão adequada antes de aumentar a conectividade hidrológica. Em conclusão, a implementação de uma bacia de retenção de água na área abordará a maior ameaça ao sistema rio planície de inundação estudado: a perda progressiva de conectividade hidrológica. Além disso, o risco potencial de libertação de fósforo foi avaliado para refinar a estratégia de gestão, garantindo que esta mitigue eficazmente a carga de nutrientes e apoie a saúde a longo prazo do ecossistema. | por |
| dc.description.sponsorship | This work has been conducted under IP LIFE PL Pilica Basin CTRL Nr LIFE19 IPE/PL/000005 in collaboration with the European Regional Centre for Ecohydrology of the Polish Academy of Sciences. | |
| dc.identifier.tid | 203802950 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/26662 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | planície aluvial | |
| dc.subject | eco-hidrologia | |
| dc.subject | conectividade hidrológica | |
| dc.subject | lagoa marginal | |
| dc.subject | zona húmida | |
| dc.subject | carga interna de fósforo | |
| dc.title | Ecohydrological assessment of a complex river-floodplain system for the enhancement of its multidimensional potential | eng |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Ecohidrologia Aplicada |