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Institute for Plant Science and Microbiology
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Biodiversity & Ecology

 Water resources    Research article    Open Access 

Determinants of spatio-temporal variability of water quality in the Barotse Floodplain, western Zambia


Imasiku Nyambe*, Anthony Chabala, Kawawa Banda, Henry Zimba, Wilson Phiri

Article first published online: 24 April 2018

DOI: 10.7809/b-e.00310

*Corresponding author contact: inyambe@gmail.com

Biodiversity & Ecology  (Biodivers. Ecol.)

Climate change and adaptive land management in southern Africa - assessments, changes, challenges, and solutions,
edited by Rasmus Revermann, Kristin M. Krewenka, Ute Schmiedel, Jane M. Olwoch, Jörg Helmschrot & Norbert Jürgens
Volume 6, pages 96-105, April 2018
  PDF  (2.6 MB)

English

Abstract: Developing a water quality database for the Upper Zambezi Basin is becoming crucial for ensuring strengthened water resources monitoring and management in the face of potential threats posed by anthropogenically induced eff ects of land use and climate change. To realise this goal, it is important to establish factors that control the variation of water quality. Thus, in this study, we analysed water quality and stream sediment parameters to infer their spatio-temporal variation between 2014 and 2015 in the Barotse Floodplain, western Zambia. It was found that the concentrations of heavy metals (i.e., copper, lead, cadmium, mercury, arsenic, zinc, and chromium) were mostly below detection limits (< 0.002 mg/l) and fell within the World Health Organization (WHO) and Zambia Bureau of Standards (ZABS) guidelines for drinking water. This suggested that current large-scale mining activities taking place upstream of the Barotse Floodplain have no eff ect on this important water resource. It was the potentially geogenically derived elements, particularly calcium, that were observed to be predominant and appeared to be infl uenced by physical parameters, especially pH. Seasonal nutrient recruitment was also noted to be active and attributed to land use change and fl ood inundation patterns. Nitrates spiked up to > 24 mg/l in the year 2014, which experienced higher fl oods. This value dropped to < 0.5 mg/l in 2015, possibly as a result of below-normal rainfall that led to lower fl oods. Analysis of bacteriological results indicated that anthropogenic activities aff ected water quality. All sampling points close to communities registered a too-numerous-to-count (TNTC) concentration of faecal and total coliforms (> 200 coliforms/100 ml). An assessment of the sediment yields predicted by the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and measured turbidity suggested the likely existence of a stronger relationship in the upstream areas and near the confl uence of the Zambezi and the Luanginga Rivers than within and after the main fl oodplain. Because of the limited sampling period, however, this phenomenon was not conclusively assessed. Nevertheless, the observed lower turbidity levels and element concentrations in the fl oodplain may be a strong indicator of a critical role that the Barotse Floodplain plays as a natural sink.

Portuguese

Resumo: É cada vez mais crucial o desenvolvimento de uma base de dados sobre a qualidade da água da bacia superior do Zambezi, de modo a garantir a monitorização e gestão reforçada dos recursos hídricos face a potenciais ameaças, causadas pelos efeitos antropogénicos resultantes do uso das terras e das alterações climáticas. De modo a materializar este objectivo, é importante estabelecer factores que controlam a variação da qualidade da água. Assim, neste estudo, analisámos a qualidade da água e os parâmetros dos sedimentos da corrente, de modo a inferir a sua variação espacio-temporal entre 2014 e 2015 na Planície Aluvial de Barotse, na Zâmbia Ocidental. Verifi cou-se que as concentrações de metais pesados (i.e. cobre, chumbo, cádmio, mercúrio, arsénio, zinco e crómio) encontravam-se essencialmente abaixo dos limites de detecção (< 0.002 mg/l), sendo abrangidas pelas normas da Organização Mundial da Saúde (OMS) e da Zambia Bureau of Standards (ZABS) para a água potável. Isto sugere que as actividades mineiras actuais de grande escala a decorrerem a montante da Planície Aluvial de Barotse não têm nenhum efeito neste importante recurso hídrico. Os elementos potencialmente geogénicos, particularmente o cálcio, foram observados como predominantes, parecendo ser infl uenciados por parâmetros físicos, em especial o pH. O recrutamento sazonal de nutrientes foi também observado como activo e atribuído às alterações do uso da terra e aos padrões de inundação. Os nitratos aumentaram até > 24 mg/l no ano de 2014, o qual sofreu inundações mais elevadas. Este valor caiu para < 0,5 mg/l em 2015, possivelmente devido à ocorrência de precipitação abaixo do normal, que resultou em inundações menos acentuadas. A análise dos resultados bacteriológicos indicou que as actividades antropogénicas afectaram a qualidade da água. Todos os pontos de amostragem perto de comunidades registaram concentrações de coliformes fecais e totais incontáveis (Too-Numerous-To-Count ou TNTC) (> 200 coliforms/100 ml). Uma avaliação dos rendimentos dos sedimentos previstos pela Ferramenta de Avaliação do Solo e da Água (SWAT) e turbidez medida sugere a provável existência de uma relação mais forte nas áreas a montante e junto à confl uência dos rios Zambezi e Luanginga que no interior da e após a principal planície aluvial. No entanto, devido ao período limitado de amostragem, este fenómeno não foi defi nitivamente avaliado. Não obstante, os baixos níveis de turbidez observados e a concentração de elementos na planície aluvial podem possivelmente ser um forte indicador do papel crítico da Planície Aluvial de Barotse como um sumidoro natural.

Suggested citation:
Nyambe, I., Chabala, A., Banda, K., Zimba, H. & Phiri, W. (2018) Determinants of spatio-temporal variability of water quality in the Barotse Floodplain, western Zambia In: Climate change and adaptive land management in southern Africa – assessments, changes, challenges, and solutions (ed. by Revermann, R., Krewenka, K.M., Schmiedel, U., Olwoch, J.M., Helmschrot, J. & Jürgens, N.), pp. 96-105, Biodiversity & Ecology, 6, Klaus Hess Publishers, Göttingen & Windhoek. doi:10.7809/b-e.00310