Cumulative impacts of hydrology and human activities on water quality in the St. Lawrence River (Lake Saint-Pierre, Quebec, Canada)

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Abstract

The cumulative impacts of discharge and human activities on the spatial variations of water quality were assessed from monthly measurements at 80–110 stations in a ∼300 km2 widening of the St. Lawrence River (Lake Saint-Pierre, Québec). Water quality was poorest under high discharge conditions and in shallow riparian areas under the influence of small tributaries draining farmlands; spatial variability was amplified by aquatic macrophytes. In 2004, over 40% of the study area exceeded the provincial water quality criterion (total phosphorus = 30 μg P·L−1) to protect aquatic life in rivers. Nutrient retention occurred mostly during summer when macrophytes were abundant and current velocities were low. Erosion of dredged deposits near the navigation channel was observed during summer, when current velocities increased in the deep channel because of flow obstruction by macrophytes growing in shallow areas. Low discharge conditions and high macrophyte abundance sharpened the contrast between the Lake Ontario waters flowing rapidly through the central river channel and the slow-flowing, low-quality tributary waters along the shores. The cumulative effect of high nutrient inflow from urban areas and farmlands, the man-made navigation channel, and seasonal flow obstruction by macrophytes thus induce a marked spatial variability in water quality within Lake Saint-Pierre.

Les impacts cumulatifs du débit et des activités humaines sur les variations spatiales de la qualité de l'eau furent évalués à partir de mesures mensuelles faites à 80–110 stations situées dans un élargissement (∼300 km2) du fleuve Saint-Laurent (Lac Saint-Pierre, Québec). La qualité de l'eau était la plus basse en conditions de fort débit et dans les milieux riverains peu profonds influencés par de petits tributaires drainant des terres agricoles; la variabilité spatiale était accentuée par les macrophytes aquatiques. En 2004, plus de 40% du secteur d'étude était au-delà du critère provincial de qualité des eaux (TP = 30 μg P·L−1) visant à protéger la vie aquatique en eaux courantes. La rétention des éléments nutritifs se produisait principalement en été, lorsque les macrophytes étaient abondants et les courants, faibles. L'érosion de dépôts de dragage près du chenal de navigation a été observée pendant l'été, lorsque la vitesse du courant était accrue dans le profond chenal en raison de l'obstruction causée par les macrophytes croissant dans les zones peu profondes. Les conditions de faible débit et l'abondance de macrophytes accroissaient le contraste entre les eaux du Lac Ontario coulant rapidement dans le chenal principal et les eaux de piètre qualité en provenance des tributaires coulant lentement le long des rives. Les effets cumulatifs des apports élevés d'éléments nutritifs provenant zones urbaines et agricoles, du chenal excavé pour la navigation et de l'obstruction saisonnière de la circulation des eaux par les macrophytes induisent ainsi une variabilité spatiale marquée de la qualité des eaux au Lac Saint-Pierre.

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