Drivers and features of rapid suspended sediment composition changes in the small urban River Setun

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

This article discusses the results of field experiments in the lower reaches of the Setun River, the largest tributary of the Moscow River within the city of Moscow, based on the LISST-200X diffractometer, which measures suspended sediment concentration (SSC) and particle size through laser diffraction. The research was conducted in early 2024, and involved high-frequency (10-second interval) long-term recordings (49 h in total) of sediment transport characteristics. The combination of these measurements with sampling for optical and gravimetric turbidity allowed for the identification of limitations in the use of such measurement tools. The reproducibility of the granulometric composition of suspended sediments based on high-frequency monitoring was found to be worse than that of their concentrations. The LISST-200X data, on average, overestimated the particle size by nearly two times compared to laboratory measurements, which can be partially explained by the inclusion of larger particles (over 500 µm) in the measured range; however, it consistently reproduced relative changes in granulometric composition. During the experiments on the Setun River, short-term (up to 95 min) increases in turbidity and particle size (plumes) were identified, likely of anthropogenic origin, characterized by hysteresis relationships between SSC and sediment composition. In all cases, during the rise in SSC, the size of suspended sediments was lower than during its decline. This result highlights a previously unexplored phenomenon of sediment transport downstream from point sources into channel flows, that shows hydraulic sorting along the river length, where lighter particles move faster than larger and heavier particles (including organic ones). The obtained estimates are significant for both monitoring anthropogenic impacts and advancing the theory of river sediments.

Texto integral

Acesso é fechado

Sobre autores

S. Chalov

Lomonosov Moscow State University

Email: krastyn-e@mail.ru
Rússia, Moscow

О. Loshkov

Lomonosov Moscow State University

Email: krastyn-e@mail.ru
Rússia, Moscow

Е. Krastyn

Lomonosov Moscow State University

Autor responsável pela correspondência
Email: krastyn-e@mail.ru
Rússia, Moscow

Bibliografia

  1. Bouchez J., Gaillardet J., France-Lanord C., Maurice L., Dutra-Maia P. Grain size control of river suspended sediment geochemistry: Clues from Amazon River depth profiles. Geochem. Geophys. Geosyst., 2011, vol. 12, no. 3. https://doi.org/10.1029/2010GC003380
  2. Chalov S. R., Efimov V. A. Suspended sediment grain size: Classification, features and spatial variability. Vestn. Mosk. Univ., Ser. 5: Geogr., 2021, vol. 5, pp. 91–103. (In Russ.).
  3. Chalov S., Moreido V., Sharapova E., Efimova L., Efimov V., Lychagin M., Kasimov N. Hydrodynamic controls of particulate metals partitioning along the lower Selenga river — Main Tributary of the lake Baikal. Water, 2020, vol. 12, no. 5, art. 1345. https://doi.org/10.3390 / w12051345
  4. Chalov S., Platonov V., Morejdo V., Samohin M., Yarynich Yu., Korshunova N., Bolgov M., Kasimov N. Small urban river runoff response to 2020 and 2021 extreme rainfalls on the territory of Moscow. Russ. Meteorol. Hydrol., 2023, vol. 48, no. 2, pp. 138–146. https://doi.org/10.3103/s1068373923020061
  5. Chalov S. R., Tsyplenkov A. S. Large-scale turbulence and water turbidity. Vestn. Mosk. Univ., Ser. 5: Geogr., 2020, vol. 3, pp. 34–46. (In Russ.).
  6. Felix D., Albayrak I., Boes R. M. In-situ investigation on real-time suspended sediment measurement techniques: Turbidimetry, acoustic attenuation, laser diffraction (LISST) and vibrating tube densimetry. Int. J. Sediment Res., 2018, vol. 33, no. 1, pp. 3–17. https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2017.11.003
  7. Gao J. H., Jia J., Wang Y. P., Yang Y., Li J., Bai F., Zou X., Gao S. Variations in quantity, composition and grain size of Changjiang sediment discharging into the sea in response to human activities. Hydrol. Earth Syst. Sci., 2015, vol. 19, pp. 645–655. https://doi.org/10.5194 / hess-19-645-2015
  8. Guy P. H. Fluvial sediment concepts. USGS, book 3, vol. 55, 1970.
  9. Lopatin G. V. Nanosy rek SSSR (Obrazovanie i perenos) [River Sediments in USSR (Formation and transport)]. Geografgiz, 1952.
  10. Lupker M., France-Lanord C., Lavé J., Bouchez J., Galy V., Métivier F., Gaillardet J., Lartiges B., Mugnier J. L. A rouse-based method to integrate the chemical composition of river sediments: Application to the Ganga basin. J. Geophys. Res. Earth Surf., 2011, vol. 116, art. F04012. https://doi.org/10.1029/2010JF001947
  11. Reid L. M., Dunne T. Sediment budgets as an organizing framework in fluvial geomorphology. In Tools in Fluvial Geomorphology, 2016, pp. 357–380. https://doi.org/10.1002/9781118648551.ch16
  12. Sidorchuk A. Y. High-frequency variability of aggregate transport under water erosion of well-structured soils. Eurasian Soil Sci., 2009, vol. 42, no. 5, pp. 543–552. https://doi.org/10.1134/s106422930905010X
  13. Sokolov D. I., et al. Impact of Mozhaysk dam on the Moscow river sediment transport. Geogr. Environ. Sustain., 2020, vol. 13, no. 4.
  14. Syvitski J. P. M., Milliman J. D. Geology, geography, and humans battle for dominance over the delivery of fluvial sediment to the coastal ocean. J. Geol., 2007, vol. 115, pp. 1–19.
  15. Szupiany R. N., Lopez Weibel C., Guerrero M., Latosinski F., Wood M., Dominguez Ruben L., Oberg K. Estimating sand concentrations using ADCP-based acoustic inversion in a large fluvial system characterized by bi-modal suspended-sediment distributions. Earth Surf. Process. Landf., 2019, vol. 44, no. 6, pp. 1295–1308. https://doi.org/10.1002 / esp.4572
  16. Xu J. Grain-size characteristics of suspended sediment in the Yellow River, China. Catena, 2000, vol. 38, no. 3, pp. 243–263. https://doi.org/10.1016/s0341–8162(99)00070–3
  17. Zhao L., Boufadel M. C., King T., Robinson B., Conmy R., Lee K. Impact of particle concentration and out-of-range sizes on the measurements of the LISST. Meas. Sci. Technol., 2018, vol. 29, no. 5.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
2. Fig. 1. Results of comparison of LISST-200X measurements with measurements of gravimetric turbidity (reconstructed from optical turbidity) (a) and average diameter obtained in samples using a Fritsch Analysette 22 laser granulometer (b).

Baixar (28KB)
3. Fig. 2. The relationship between the volume concentration of suspended matter and the average particle diameter (a) and the course of the total volume concentration (b) during the increase on March 19, 2024. The data are averaged per minute.

Baixar (24KB)
4. Fig. 3. The relationship between the average diameter and volume concentration of suspended sediments in the Setun River, constructed on the basis of a series of experiments with the LISST laser diffractometer in February–April 2024.

Baixar (36KB)

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».