Spatial and temporal variability in the quality of surface water in a semi-arid Mediterranean region (river Orontes-Lebanon)

Variation de la qualité des eaux de surface dans une région semi-aride. (fleuve Orontes - Liban)

¹ Lebanese Atomic Energy Commission, National Council for Scientific Research, P.O. Box : 11-8281 Beirut Lebanon
² Faculty of Sciences, Lebanese University, Beirut, Lebanon

Abstract

The Orontes River is an international river, with its headwaters in Lebanon, its middle section in Syria and its mouth in Turkey. Fresh surface waters were sampled monthly during the year 2000 and analysed for major ions and for trace metals. Sea-salt aerosols in rainwater partially influence the major ion composition in the river. The concentrations of major cations and anions fall within the range of the Most Common Natural Concentration of major ion assemblages established for world rivers (MCNC), with a cation and anion dominance in the order of Ca>Mg>Na>K and HCO₃>SO₄>Cl, which tend to be predominantly influenced by chemical weathering of rocks and minerals in a semi-arid region. Ca and HCO₃ are mostly derived from the dissolution of carbonate rocks. The sources of SO₄ could be attributed to anhydrite minerals and to anthropogenic impact from fertilizers. Increases in nutrient concentrations are attributed mainly to the increasing influence of agricultural runoff. δ¹⁸o/ δ²H plots shows that the data either fits the Mediterranean Meteoric Water Line (MMWL) or have elevated values that indicate evaporative isotope enrichment in a semi-arid climate. The correlation matrix for trace elements shows a high coefficient of correlation for Fe, Zn and Cu indicating that these elements could be controlled by the same chemistry in water. The bicarbonate-alkaline type of Orontes surface water contribute to the formation of trace metals - carbonate complexes such as FeCO_3(aq) and ZnCO_3(aq). The good correlation between Pb, Cd and Cr reflects the effect of increasing urbanization in the catchments.

Résumé

La Rivière Orontes est une rivière internationale, ses cours supérieurs au Liban, sa section centrale en Syrie et son embouchure en Turquie. Les échantillons d'eau de surface sont collectés mensuellement et sont analysés pour les anions et les cations avec les métaux traces. Les aérosols marins influencent partiellement la composition chimique de l'eau de la rivière. Les concentrations en cations et en anions sont compatibles avec la Concentration Moyenne Naturelle des rivières mondiales (MCNC), avec une dominance en cation et en anion selon l'ordre Ca>Mg>Na>K et HCO₃>SO₄>Cl. Cet ordre reflète d'une manière prédominante l'altération des roches et des minéraux sous un climat semi-aride. Le calcium et les bicarbonates sont principalement dérivés de l'altération de roches bicarbonatées, contenant les minéraux de calcite et dolomite. Les sources de sulfate pourraient être attribuées à l'altération de minéraux d'anhydrite ou à l'influence de l'utilisation des fertilisants dans une région fortement agricole. Cet impact anthropique est également observé au niveau de l'augmentation de la concentration en nitrates dans les eaux.

La courbe de variation δ¹⁸o/ δ²H montre que les données isotopiques obtenues pour les stations correspondent à la Ligne Météorique Méditerranéenne (MMWL) avec certaines valeurs qui indiquent un enrichissement isotopique dû à l'évaporation sous un climat semi-aride. La matrice de corrélation pour les métaux traces montre une forte corrélation entre Fe, Zn et Cu indiquant que ces métaux sont influencés par la nature bicarbonatée de l'eau qui contribue à la formation de complexes tels que FeCO_3(aq) et ZnCO_3(aq). La bonne corrélation entre Pb, Cd et Cr reflète l'effet d'urbanisation croissante dans les bassins.