Distribution of trace elements in waters and sediments of the Seversky Donets transboundary watershed (Kharkiv region, Eastern Ukraine)

International audienceThis paper reports on the aquatic chemistry of trace elements in terms of spatial and temporal distribution, but also pollution sources in the transboundary watershed of the Seversky Donets River (Ukraine/Russia). Bed sediments and filtered water were collected from the Udy and Lopan Rivers at sites from the river source in the Belgorod region (Russia) to rural and urban areas in the Kharkiv region (Ukraine) in May and August 2009. Priority trace elements (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb and Zn), an urban tracer (Ag) and additional metals (Co, Mo, V) and Th were measured in stream water and sediments. The low levels and variability of Th-normalized concentrations indicated the absence of geochemical anomalies in the upstream part of the rivers and suggested that these data represent a regional baseline for trace elements in bed sediments. In contrast, water and sediments within the city of Kharkiv were contaminated by Ag, Pb, Cd, Cu, Cr and Zn, which are mainly attributed to municipal wastewater inputs and urban run-off. Results of the environmental quality assessment showed that element concentrations in the sediments can be considered as potentially toxic to aquatic organisms in sites downstream of the wastewater discharges

Essai collaboratif sur l'échantillonnage des sédiments de rivière : résultats et recommandations

The Water Framework Directive (WFD, 2000/60/EC) and the 2008/105/EC and 2013/39/EU daughters directives ask the member states to monitor sediments at an adequate frequency to provide sufficient data for a reliable long-term trend analysis. This task is paramount, especially for priority substances that tend to accumulate in sediment. This monitoring is based on a long-term trend analysis of concentrations of priority substances thanks to data provided by the monitoring of surface water status. Member states shall take measures to ensure that such concentrations do not significantly increase in sediment. Monitoring programs shall be designed in order to allow a reliable and robust exploitation of the data. This induces an explicit description of the monitoring program objectives and the application of sampling strategies that meet these objectives. Moreover, to establish spatial or temporal trends, it should be ensured that the data provided by monitoring programs can be compared. A direct comparison of raw data is not sufficient because of sediment heterogeneity, modification of the sediment nature with time or differences in the nature of sediments sampled from different sites. Thus, the use of normalisation procedures is required to exploit data. This report takes an inventory of European requirements and recommendations for continental sediment monitoring with a view to evaluate spatial and temporal contamination trends. Based on current knowledge and examples from scientific publications, a report of sampling technics, of sediment preprocessing and data exploitation methods to evaluate spatial and/or temporal trends is drawn up. Then, the most promising data exploitation methods will be applied to surface water monitoring data set (sediments and suspended solids) in order to evaluate their relevance for long-term trend analysis. Following this study, the design and the formalization of guidelines for the evaluation of long-term trends in sediments, alongside with the development and the use of more systematic and/or integrated statistical tools come as a necessity.La Directive Cadre sur l’Eau (DCE, /2000/60/CE) et les directives filles (NQE, 2008/105/CE et 2013/39/UE) imposent aux Etats membres un contrôle des sédiments à une fréquence raisonnable afin de fournir un nombre suffisant de données pour permettre une analyse fiable des tendances. Cela est primordial notamment pour les substances prioritaires hydrophobes qui tendent à s’accumuler dans les sédiments. Ce contrôle est basé sur l’analyse de l’évolution à long terme des concentrations des substances prioritaires en se fondant sur la surveillance de l’état des eaux de surface. Il est demandé aux Etats membres de prendre les mesures nécessaires pour veiller à ce que ces concentrations n’augmentent pas de manière significative dans les sédiments. Les programmes de surveillance doivent être construits de sorte qu’une exploitation fiable et robuste des données soit possible. Ceci passe par une description précise des objectifs du programme et par la mise en oeuvre d’une stratégie d’échantillonnage répondant à ces objectifs. De plus, pour établir des tendances spatiales ou temporelles, il est nécessaire de pouvoir comparer les données issues de ces programmes de surveillance. Une comparaison directe des données brutes n’est pas suffisante en raison de l’hétérogénéité des sédiments, des changements de nature du sédiment au cours du temps ou encore des différences de nature des sédiments entre sites. Il est donc nécessaire d’utiliser des techniques de normalisation afin d’exploiter les données. Ce rapport synthétise tout d’abord les exigences et les recommandations européennes pour la surveillance des sédiments continentaux, dans l’optique d’une évaluation des tendances spatio-temporelles de contamination. Puis, sur la base des connaissances actuelles, notamment celles reprises dans les guides techniques (européens et AQUAREF), et de la littérature scientifique, les principales techniques de prélèvement, de prétraitement des sédiments, et les méthodes d’exploitation des données pour l’évaluation des tendances spatiales et/ou temporelles ont été recensées et décrites. Enfin, à titre d’exemple, certaines méthodes d’exploitation des données ont été appliquées à des jeux de données de surveillance (sédiments et matières en suspension) dans les cours d’eaux, afin de vérifier leur applicabilité pour l’évaluation des tendances. Suite à ces travaux, l’élaboration et la formalisation d’une méthodologie pratique d’évaluation des tendances dans les sédiments, associées au développement et à l’utilisation d’outils statistiques plus systématiques et/ou intégrés apparaissent nécessaires