Published April 16, 2018 | Version v1
Publication Open

A multi-approach and multi-scale study on water quantity and quality changes in the Tapajós River basin, Amazon

Creators

  • 1. University of Reading
  • 2. World Agroforestry Centre
  • 3. Universidade Federal de Mato Grosso

Description

Abstract. We analyzed changes in water quantity and quality at different spatial scales within the Tapajós River basin (Amazon) based on experimental fieldwork, hydrological modelling, and statistical time-trend analysis. At a small scale, we compared the river discharge (Q) and suspended-sediment concentrations (SSC) of two adjacent micro-catchments (< 1 km2) with similar characteristics but contrasting land uses (forest vs. pasture) using empirical data from field measurements. At an intermediary scale, we simulated the hydrological responses of a sub-basin of the Tapajós (Jamanxim River basin, 37 400 km2), using a hydrological model (SWAT) and land-use change scenario in order to quantify the changes in the water balance components due to deforestation. At the Tapajós' River basin scale, we investigated trends in Q, sediments, hydrochemistry, and geochemistry in the river using available data from the HYBAM Observation Service. The results in the micro-catchments showed a higher runoff coefficient in the pasture (0.67) than in the forest catchment (0.28). At this scale, the SSC were also significantly greater during stormflows in the pasture than in the forest catchment. At the Jamanxim watershed scale, the hydrological modelling results showed a 2 % increase in Q and a 5 % reduction of baseflow contribution to total Q after a conversion of 22 % of forest to pasture. In the Tapajós River, however, trend analysis did not show any significant trend in discharge and sediment concentration. However, we found upward trends in dissolved organic carbon and NO3- over the last 20 years. Although the magnitude of anthropogenic impact has shown be scale-dependent, we were able to find changes in the Tapajós River basin in streamflow, sediment concentration, and water quality across all studied scales.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص. قمنا بتحليل التغيرات في كمية المياه وجودتها على نطاقات مكانية مختلفة داخل حوض نهر تاباجوس (الأمازون) بناءً على العمل الميداني التجريبي والنمذجة الهيدرولوجية والتحليل الإحصائي للاتجاه الزمني. على نطاق صغير، قارنا التصريف النهري (Q) وتركيزات الرواسب العالقة (SSC) لمستجمعات المياه الصغيرة المتجاورة (< 1 كم 2) ذات الخصائص المماثلة ولكن استخدامات الأراضي المتناقضة (الغابات مقابل المراعي) باستخدام البيانات التجريبية من القياسات الميدانية. على نطاق متوسط، قمنا بمحاكاة الاستجابات الهيدرولوجية لحوض فرعي من تاباجوس (حوض نهر جامانكسيم، 37400 كيلومتر مربع)، باستخدام نموذج هيدرولوجي (SWAT) وسيناريو تغيير استخدام الأراضي من أجل تحديد التغييرات في مكونات توازن المياه بسبب إزالة الغابات. على مقياس حوض نهر تاباجوس، قمنا بالتحقيق في الاتجاهات في Q، والرواسب، والكيمياء المائية، والكيمياء الجيولوجية في النهر باستخدام البيانات المتاحة من خدمة مراقبة HYBAM. أظهرت النتائج في مستجمعات المياه الصغيرة معامل جريان أعلى في المراعي (0.67) منه في مستجمعات الغابات (0.28). على هذا النطاق، كان التعاون فيما بين بلدان الجنوب أيضًا أكبر بكثير خلال تدفقات العواصف في المراعي منه في مستجمعات الغابات. على مقياس مستجمعات المياه في جامانكسيم، أظهرت نتائج النمذجة الهيدرولوجية زيادة بنسبة 2 ٪ في Q وانخفاض بنسبة 5 ٪ في مساهمة التدفق الأساسي في إجمالي Q بعد تحويل 22 ٪ من الغابات إلى مراعي. ومع ذلك، في نهر تاباخوس، لم يُظهر تحليل الاتجاه أي اتجاه كبير في التصريف وتركيز الرواسب. ومع ذلك، وجدنا اتجاهات تصاعدية في الكربون العضوي المذاب و NO3 - على مدى السنوات العشرين الماضية. على الرغم من أن حجم التأثير البشري المنشأ قد أظهر أنه يعتمد على النطاق، فقد تمكنا من العثور على تغييرات في حوض نهر تاباجوس في تدفق التيار وتركيز الرواسب وجودة المياه عبر جميع المقاييس المدروسة.

Translated Description (French)

Résumé. Nous avons analysé les changements dans la quantité et la qualité de l'eau à différentes échelles spatiales dans le bassin de la rivière Tapajós (Amazonie) sur la base de travaux expérimentaux sur le terrain, de la modélisation hydrologique et de l'analyse statistique des tendances temporelles. À petite échelle, nous avons comparé le débit de la rivière (Q) et les concentrations de sédiments en suspension (SSC) de deux micro-bassins adjacents (< 1 km2) avec des caractéristiques similaires mais des utilisations contrastées des terres (forêt vs pâturage) en utilisant des données empiriques provenant de mesures sur le terrain. À une échelle intermédiaire, nous avons simulé les réponses hydrologiques d'un sous-bassin du Tapajós (bassin de la Jamanxim, 37 400 km2), à l'aide d'un modèle hydrologique (SWAT) et d'un scénario de changement d'affectation des terres afin de quantifier les changements dans les composantes du bilan hydrique dus à la déforestation. À l'échelle du bassin de la rivière Tapajós, nous avons étudié les tendances en matière de Q, de sédiments, d'hydrochimie et de géochimie dans la rivière à l'aide des données disponibles du service d'observation HYBAM. Les résultats dans les micro-bassins versants ont montré un coefficient de ruissellement plus élevé dans le pâturage (0,67) que dans le bassin versant forestier (0,28). À cette échelle, les SSC étaient également significativement plus importants lors des écoulements pluviaux dans le pâturage que dans le bassin versant forestier. À l'échelle du bassin versant de Jamanxim, les résultats de la modélisation hydrologique ont montré une augmentation de 2 % de la Q et une réduction de 5 % de la contribution du débit de base à la Q totale après une conversion de 22 % de la forêt en pâturage. Dans la rivière Tapajós, cependant, l'analyse des tendances n'a montré aucune tendance significative du débit et de la concentration des sédiments. Cependant, nous avons constaté des tendances à la hausse du carbone organique dissous et du NO3- au cours des 20 dernières années. Bien que l'ampleur de l'impact anthropique ait montré qu'elle dépendait de l'échelle, nous avons pu trouver des changements dans le bassin de la rivière Tapajós dans le débit du cours d'eau, la concentration des sédiments et la qualité de l'eau à toutes les échelles étudiées.

Translated Description (Spanish)

Resumen. Analizamos los cambios en la cantidad y calidad del agua a diferentes escalas espaciales dentro de la cuenca del río Tapajós (Amazonas) a partir del trabajo de campo experimental, la modelización hidrológica y el análisis estadístico de tendencias temporales. A pequeña escala, comparamos la descarga del río (Q) y las concentraciones de sedimentos suspendidos (SSC) de dos microcuencas adyacentes (< 1 km2) con características similares pero usos de la tierra contrastantes (bosque vs. pasto) utilizando datos empíricos de mediciones de campo. A escala intermedia, simulamos las respuestas hidrológicas de una subcuenca del Tapajós (cuenca del río Jamanxim, 37 400 km2), utilizando un modelo hidrológico (SWAT) y un escenario de cambio de uso del suelo con el fin de cuantificar los cambios en los componentes del balance hídrico debido a la deforestación. En la escala de la cuenca del río Tapajós, investigamos las tendencias en Q, sedimentos, hidroquímica y geoquímica en el río utilizando los datos disponibles del Servicio de Observación HYBAM. Los resultados en las microcuencas mostraron un mayor coeficiente de escorrentía en el pasto (0.67) que en la cuenca forestal (0.28). A esta escala, el SSC también fue significativamente mayor durante los flujos de tormenta en el pasto que en la cuenca forestal. En la escala de la cuenca de Jamanxim, los resultados del modelado hidrológico mostraron un aumento del 2% en Q y una reducción del 5% de la contribución del flujo base a Q total después de una conversión del 22% del bosque a pastizales. En el río Tapajós, sin embargo, el análisis de tendencias no mostró ninguna tendencia significativa en el vertido y la concentración de sedimentos. Sin embargo, encontramos tendencias al alza en el carbono orgánico disuelto y el NO3- en los últimos 20 años. Aunque la magnitud del impacto antropogénico ha demostrado ser dependiente de la escala, pudimos encontrar cambios en la cuenca del río Tapajós en el caudal, la concentración de sedimentos y la calidad del agua en todas las escalas estudiadas.

Files

piahs-377-3-2018.pdf.pdf

Files (1.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:0179fd7990a438d89ee6f933e642a09d
1.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
دراسة متعددة النهج ومتعددة المستويات حول كمية المياه والتغيرات النوعية في حوض نهر تاباجوس، الأمازون
Translated title (French)
Une étude multi-approche et multi-échelle sur les changements de quantité et de qualité de l'eau dans le bassin de la rivière Tapajós, en Amazonie
Translated title (Spanish)
Un estudio de múltiples enfoques y escalas sobre los cambios en la cantidad y calidad del agua en la cuenca del río Tapajós, Amazonas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2801382976
DOI
10.5194/piahs-377-3-2018

Is supplement to
https://openalex.org/W4388703766 (Other)
https://openalex.org/W3003943055 (Other)
https://openalex.org/W2998567491 (Other)
https://openalex.org/W2380060765 (Other)
https://openalex.org/W2134403719 (Other)
https://openalex.org/W2120519433 (Other)
https://openalex.org/W2081038969 (Other)
https://openalex.org/W1992241246 (Other)
https://openalex.org/W1967999105 (Other)
https://openalex.org/W178488764 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Kenya

References

  • https://openalex.org/W1522799598
  • https://openalex.org/W1690328761
  • https://openalex.org/W1928249233
  • https://openalex.org/W1963799937
  • https://openalex.org/W1986503475
  • https://openalex.org/W2003263324
  • https://openalex.org/W2039154265
  • https://openalex.org/W2059646894
  • https://openalex.org/W2111260835
  • https://openalex.org/W2334487748
  • https://openalex.org/W2462954045
  • https://openalex.org/W2479842788
  • https://openalex.org/W2512092379
  • https://openalex.org/W2533573072
  • https://openalex.org/W2592514174
  • https://openalex.org/W2625732652
  • https://openalex.org/W4252999021
  • https://openalex.org/W4367662402